JPWO2019059178A1 - Organic electroluminescent device - Google Patents

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Abstract

本発明は、発光効率及び輝度に優れた有機電界発光素子を提供する。本発明は、陽極と、基板上に形成された陰極との間に複数の層が積層された構造を有する有機電界発光素子であって、該有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に金属酸化物層を有し、該金属酸化物層に隣接して陽極側に、窒素含有膜からなり、平均厚さが0.1nm以上、3nm未満の層を有する有機電界発光素子に関する。The present invention provides an organic electroluminescent device having excellent luminous efficiency and brightness. The present invention is an organic electroluminescent element having a structure in which a plurality of layers are laminated between an anode and a cathode formed on a substrate, and the organic electroluminescent element is located between the anode and the cathode. The present invention relates to an organic electroluminescent device having a metal oxide layer, an anode side adjacent to the metal oxide layer, a nitrogen-containing film, and a layer having an average thickness of 0.1 nm or more and less than 3 nm.

Description

本発明は、有機電界発光素子に関する。より詳しくは、電子機器の表示部等の表示装置や照明装置等としての利用可能な有機電界発光素子に関する。 The present invention relates to an organic electroluminescent device. More specifically, the present invention relates to an organic electroluminescent element that can be used as a display device such as a display unit of an electronic device or a lighting device.

表示用デバイスや照明に適用できる新しい発光素子として有機電界発光素子(有機EL素子)が期待されている。
有機EL素子は、陽極と陰極との間に発光性有機化合物を含んで形成される発光層を含む1種または複数種の層を挟んだ構造を持ち、陽極から注入されたホールと陰極から注入された電子が再結合する時のエネルギーを利用して発光性有機化合物を励起させ、発光を得るものである。有機EL素子は電流駆動型の素子であり、流れる電流をより効率的に活用するため、素子構造が種々改良され、また、素子を構成する層の材料についても種々検討されている。
Organic electroluminescent devices (organic EL devices) are expected as new light emitting devices that can be applied to display devices and lighting.
The organic EL element has a structure in which one or more layers including a light emitting layer formed by containing a luminescent organic compound are sandwiched between an anode and a cathode, and is injected from a hole injected from the anode and a cathode. The energy generated when the electrons are recombined is used to excite a luminescent organic compound to obtain light emission. The organic EL element is a current-driven element, and in order to utilize the flowing current more efficiently, various improvements have been made to the element structure, and various materials for layers constituting the element have also been studied.

陽極から注入されたホールと陰極から注入された電子との再結合時のエネルギーを利用して発光性有機化合物を励起させ、発光を得る有機電界発光素子では、陽極からのホール注入、陰極からの電子注入がともにスムーズに行われることが重要であるため、よりスムーズなホール注入、電子注入が行われるよう、正孔注入層、電子注入層の材料についても種々検討され、最近では塗布できる電子注入層の材料として、ポリエチレンイミンやポリエチレンイミンを修飾した化合物を用いた順構造の有機電界発光素子が報告されている(非特許文献1〜3参照。)。 In an organic electroluminescent element that excites a luminescent organic compound by using the energy at the time of recombination of holes injected from the anode and electrons injected from the cathode to obtain light emission, holes are injected from the anode and from the cathode. Since it is important that both electron injections are performed smoothly, various materials for the hole injection layer and the electron injection layer have been studied so that hole injection and electron injection can be performed more smoothly. Recently, electron injection that can be applied has been studied. As a layer material, an organic electroluminescent element having a forward structure using polyethyleneimine or a compound modified with polyethyleneimine has been reported (see Non-Patent Documents 1 to 3).

ところで、陰極と陽極との間の層が全て有機化合物で形成された有機電界発光素子は、結果として酸素や水によって劣化しやすく、これらの侵入を防ぐために厳密な封止が不可欠である。このことは、有機電界発光素子の製造工程を煩雑なものとする原因となっている。これに対し、陰極と陽極との間の層の一部が無機酸化物で形成された有機無機ハイブリッド型の電界発光素子(HOILED素子)が提案されている(特許文献1参照。)。この素子では、正孔輸送層、電子輸送層を無機酸化物に変えることで、陰極として導電性酸化物電極であるFTOやITO、陽極として金を使用することが可能になった。このことは素子駆動の観点からは電極に対する制約がなくなったことを意味する。結果、アルカリ金属やアルカリ金属化合物等、仕事関数の小さな金属を用いる必要がなくなり、厳密な封止無しで発光させることが可能となっている。加えてこのHOILED素子は、陰極が基板直上にあることが標準であり、上部電極に陽極がくる逆構造という特徴を有している。酸化物TFTの発展に伴い、大型有機ELディスプレイへの適用が検討される中、n型である酸化物TFTの特徴から逆構造の有機ELが注目されて来ている。本HOILED素子は逆構造有機EL素子の候補として発展が期待されている。また、このようなHOILED素子であって、平均厚さが3〜150nmのポリエチレンイミン等の窒素含有膜からなる層を有する素子も提案されている(特許文献2、非特許文献4参照。)。 By the way, an organic electroluminescent device in which the layers between the cathode and the anode are all formed of an organic compound is liable to be deteriorated by oxygen or water as a result, and strict sealing is indispensable to prevent their invasion. This causes the manufacturing process of the organic electroluminescent device to become complicated. On the other hand, an organic-inorganic hybrid electroluminescent device (HOILED device) in which a part of the layer between the cathode and the anode is formed of an inorganic oxide has been proposed (see Patent Document 1). In this device, by changing the hole transport layer and the electron transport layer to inorganic oxides, it became possible to use FTO and ITO, which are conductive oxide electrodes, as a cathode, and gold as an anode. This means that there are no restrictions on the electrodes from the viewpoint of element drive. As a result, it is not necessary to use a metal having a small work function such as an alkali metal or an alkali metal compound, and it is possible to emit light without strict sealing. In addition, this HOILED element has a feature that the cathode is usually directly above the substrate and the anode is in the upper electrode. With the development of oxide TFTs, application to large organic EL displays is being studied, and organic EL having a reverse structure has been attracting attention due to the characteristics of n-type oxide TFTs. This HOILED element is expected to develop as a candidate for an inverted organic EL element. Further, such a HOILED device having a layer made of a nitrogen-containing film such as polyethyleneimine having an average thickness of 3 to 150 nm has also been proposed (see Patent Document 2 and Non-Patent Document 4).

特開2009−70954号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-70954 特開2014−168014号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-168014

タオ シオン(Tao Xiong)外3名「アプライド フィジクス レターズ(Applied Physics Letters)」93巻、2008年、pp123310−1Three people outside Tao Xiong "Applied Physics Letters" Vol. 93, 2008, pp123310-1 インファ ジョウ(Yinhua Zhou)外21名「サイエンス(Science)」336号、2012年、pp32721 people outside Infa Jou (Yinhua Zhou) "Science" No. 336, 2012, pp327 ジャンシャン チェン(Jianshan Chen)外6名「ジャーナル オブ マテリアルズ ケミストリー(Journal of Materials Chemistry)」2012年、22巻、pp51646 people outside Jianshan Chen "Journal of Materials Chemistry" 2012, Vol. 22, pp5164 ユン−ウン キム(Young−Hoon Kim)外5名「アドバンスト ファンクショナル マテリアルズ(Advanced Functional Materials)」24号、2014年、pp38085 people outside Yoon Eun Kim (Advanced Hoon Kim) "Advanced Functional Materials" No. 24, 2014, pp3808

上記のとおり、有機電界発光素子について、素子の構成や材料について種々検討されているが、表示用デバイスや照明への適用のために、発光効率や輝度の更なる向上が求められており、これらの特性により優れた有機電界発光素子の開発が求められている。 As described above, various studies have been conducted on the configurations and materials of organic electroluminescent devices, but further improvement in luminous efficiency and brightness is required for application to display devices and lighting. Development of an excellent organic electroluminescent device is required due to the above characteristics.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、発光効率及び輝度に優れた有機電界発光素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide an organic electroluminescent device having excellent luminous efficiency and brightness.

本発明者は、発光効率及び輝度に優れる有機電界発光素子について種々検討したところ、陽極と陰極との間に有する金属酸化物層に隣接して陽極側に窒素含有膜からなり、平均厚さが0.1nm以上、3nm未満の厚みの薄い層を形成すると、有機電界発光素子の発光効率及び輝度が向上することを見出し、本発明に到達したものである。 As a result of various studies on an organic electroluminescent element having excellent luminous efficiency and brightness, the present inventor has made a nitrogen-containing film on the anode side adjacent to the metal oxide layer between the anode and the cathode, and the average thickness is high. It has been found that the luminous efficiency and brightness of the organic electroluminescent element are improved by forming a thin layer having a thickness of 0.1 nm or more and less than 3 nm, and the present invention has been reached.

本発明は、陽極と、基板上に形成された陰極との間に複数の層が積層された構造を有する有機電界発光素子であって、該有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に金属酸化物層を有し、上記金属酸化物層に隣接して陽極側に、窒素含有膜からなり、平均厚さが0.1nm以上、3nm未満の層を有することを特徴とする有機電界発光素子である。 The present invention is an organic electroluminescent element having a structure in which a plurality of layers are laminated between an anode and a cathode formed on a substrate, and the organic electroluminescent element is located between the anode and the cathode. An organic electroluminescence characterized by having a metal oxide layer, an anode side adjacent to the metal oxide layer, a nitrogen-containing film, and a layer having an average thickness of 0.1 nm or more and less than 3 nm. It is an element.

本発明の有機電界発光素子は、厳密な封止を必要としない有機無機ハイブリッド型の逆構造を有した有機電界発光素子であって、発光効率及び輝度に優れることから、表示用デバイスや照明装置の材料として好適に用いることができる。 The organic electroluminescent device of the present invention is an organic electroluminescent device having an organic-inorganic hybrid type reverse structure that does not require strict sealing, and is excellent in luminous efficiency and brightness. Therefore, it is a display device or a lighting device. Can be suitably used as a material for.

本発明で示される有機電界発光素子の積層構造の一例を示した概略図である。It is the schematic which showed an example of the laminated structure of the organic electroluminescent element shown in this invention. 実施例1で作製した有機電界発光素子1の(a)電圧−輝度特性、(b)定電流密度下(1000cd/m相当)での輝度および電圧の経時変化を示した図である。It is a figure which showed the time-dependent change of (a) voltage-luminance characteristic, (b) brightness and voltage under a constant current density (equivalent to 1000 cd / m 2 ) of the organic electroluminescent element 1 produced in Example 1. 実施例2で作製した有機電界発光素子2の(a)電圧−輝度特性、(b)定電流密度下(1000cd/m相当)での輝度および電圧の経時変化を示した図である。It is a figure which showed the time-dependent change of (a) voltage-luminance characteristic, (b) brightness and voltage under a constant current density (equivalent to 1000 cd / m 2 ) of the organic electroluminescent element 2 produced in Example 2. 実施例3で作製した有機電界発光素子3の(a)電圧−輝度特性、(b)定電流密度下(1000cd/m相当)での輝度および電圧の経時変化を示した図である。It is a figure which showed the time-dependent change of (a) voltage-luminance characteristic, (b) brightness and voltage under a constant current density (equivalent to 1000 cd / m 2 ) of the organic electroluminescent element 3 produced in Example 3. 比較例1で作製した比較有機電界発光素子1の電圧−輝度特性を示した図である。It is a figure which showed the voltage-luminance characteristic of the comparative organic electroluminescent element 1 produced in the comparative example 1. FIG. 実施例4で作製した有機電界発光素子4の(a)電圧−輝度特性、(b)定電流密度下(1000cd/m相当)での輝度および電圧の経時変化を示した図である。It is a figure which showed the time-dependent change of (a) voltage-luminance characteristic, (b) brightness and voltage under a constant current density (equivalent to 1000 cd / m 2 ) of the organic electroluminescent element 4 produced in Example 4. 実施例5で作製した有機電界発光素子5の(a)電圧−輝度特性、(b)定電流密度下(1000cd/m相当)での輝度の経時変化を示した図である。It is a figure which showed the time-dependent change of (a) voltage-luminance characteristic, (b) brightness under the constant current density (equivalent to 1000 cd / m 2 ) of the organic electroluminescent element 5 produced in Example 5. 実施例6で作製した有機電界発光素子6の電圧−輝度特性を示した図である。It is a figure which showed the voltage-luminance characteristic of the organic electroluminescent element 6 produced in Example 6. 実施例7、8及び比較例2、3で作製した有機電界発光素子7、8及び比較有機電界発光素子2、3の電圧−輝度特性を示した図である。It is a figure which showed the voltage-luminance characteristic of the organic electroluminescent element 7, 8 and comparative organic electroluminescent element 2, 3 produced in Examples 7 and 8 and Comparative Examples 2 and 3. 実施例9で作製した有機電界発光素子9の電圧−輝度特性を示した図である。It is a figure which showed the voltage-luminance characteristic of the organic electroluminescent element 9 produced in Example 9. 実施例2、3で作製した有機電界発光素子2、3のアニールの有無による素子特性のばらつきを評価した結果を示した図である。It is a figure which showed the result of having evaluated the variation of the element characteristic by the presence or absence of annealing of the organic electroluminescent elements 2 and 3 produced in Examples 2 and 3. 実施例1、2、10、11で作製した有機電界発光素子1、2、10、11の大気下と窒素雰囲気下でのアニールによる素子特性のばらつきを評価した結果を示した図である。It is a figure which showed the result of having evaluated the variation of the element characteristic by annealing under the atmosphere and the nitrogen atmosphere of the organic electroluminescent elements 1, 2, 10 and 11 produced in Examples 1, 2, 10 and 11.

以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
The present invention will be described in detail below.
It should be noted that a combination of two or more of the individual preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present invention.

本発明の有機電界発光素子は、基板上に陰極が形成され、陽極と陰極との間に金属酸化物層を有する、いわゆる逆構造の有機無機ハイブリッド型の電界発光素子(HOILED素子)であって、金属酸化物層に隣接して陽極側に、窒素含有膜からなり、平均厚さが0.1nm以上、3nm未満の層を有することを特徴とする。本発明の有機電界発光素子のポイントは、金属酸化物の金属と窒素含有膜中の窒素との間の双極子、そして窒素含有膜中の双極子による電子注入障壁の低減であるため、金属酸化物と窒素含有膜材料が所望の方向(電子注入する方向に対して金属酸化物そして窒素含有膜材料の順)に配置(例えば積層)されることである。本発明の平均厚さが0.1nm以上、3nm未満の厚みの薄い層は、後者の双極子について好適であるといえる。その理由は、極薄膜であれば、界面で生じる分子の向きを窒素含有膜中でほぼ受け継げるが、厚膜になると分子の立体構造により逆方向に双極子が向くことも予想され、結果として双極子が相殺される可能性があるためである。このような原理であるため、その素子構造(構成)は自由に選ぶことができる。
本発明の有機電界発光素子は、上記特徴を有するものである限り、他の層の数、他の層を構成する材料や積層する順番は特に制限されないが、金属酸化物層と窒素含有化合物層とが、陰極と発光層との間にあることが好ましい。窒素含有化合物は、電子注入特性に優れたものであり、このような層構成を有する有機電界発光素子は、高い電子注入特性を有することになり、発光効率に優れた素子となる。
The organic electric field light emitting element of the present invention is a so-called reverse-structured organic-inorganic hybrid type electric field light emitting element (HOILED element) in which a cathode is formed on a substrate and a metal oxide layer is provided between the anode and the cathode. It is characterized by having a layer composed of a nitrogen-containing film and having an average thickness of 0.1 nm or more and less than 3 nm on the anode side adjacent to the metal oxide layer. The point of the organic electric field light emitting element of the present invention is to reduce the electron injection barrier due to the dipole between the metal of the metal oxide and the nitrogen in the nitrogen-containing film and the dipole in the nitrogen-containing film. The substance and the nitrogen-containing film material are arranged (for example, laminated) in a desired direction (in the order of the metal oxide and the nitrogen-containing film material with respect to the direction of electron injection). It can be said that a thin layer having an average thickness of 0.1 nm or more and less than 3 nm of the present invention is suitable for the latter dipole. The reason is that in the case of ultra-thin films, the orientation of the molecules generated at the interface can be almost inherited in the nitrogen-containing film, but in the case of thick films, it is expected that the dipoles will be oriented in the opposite direction due to the three-dimensional structure of the molecules. This is because the dipoles may be offset. Because of this principle, the element structure (configuration) can be freely selected.
As long as the organic electroluminescent device of the present invention has the above characteristics, the number of other layers, the materials constituting the other layers, and the order of lamination are not particularly limited, but the metal oxide layer and the nitrogen-containing compound layer are not particularly limited. Is preferably between the cathode and the light emitting layer. The nitrogen-containing compound has excellent electron injection characteristics, and an organic electroluminescent device having such a layer structure has high electron injection characteristics, and is an element having excellent luminous efficiency.

本発明の有機電界発光素子に用いられる窒素含有膜には、(1)金属酸化物層上で窒素含有化合物により形成された窒素含有膜、(2)金属酸化物層上で窒素含有化合物により形成された高窒素含有膜、(3)金属酸化物層上で窒素含有化合物を分解させることで形成された窒素含有膜、(4)金属酸化物層上で窒素含有化合物を分解させることで形成された高窒素含有膜の合計4種類が存在する。
このような膜を形成することで有機電界発光素子の性能が向上する理由については以下のように推定される。
まず第一に窒素原子を含む場合、その孤立電子対は基材中の金属原子と結合を作る傾向にある。その金属−窒素結合間の分極が、強い電子注入特性を発現することになる。上記(1)〜(4)全ての窒素含有膜において、それは満たされる。より好適には、孤立電子対を有する窒素原子比率が高い上記(2)が適している。
上記(3)、(4)では、膜生成に関わる分解の現象により高密度に窒素原子が基材上に存在する膜となる事が期待され、結果として、多彩な金属−窒素結合が出現することが期待される。そしてその中には、従来よりも強固な金属−窒素結合も存在すると考えられる。さらに、分解の状況によっては、不要な炭素等の他の成分が消失する事により、相対的に窒素原子分率が上昇し、結果として、より好適な環境が実現される場合もある(4)。これらの窒素含有膜では、主たる窒素の起源が金属−窒素結合になることから、通常の分子の物理吸着よりも高密度に窒素原子が集積されていると期待される。これらの要因により、このような窒素含有膜を有することで、有機電界発光素子が、発光効率に優れ、素子駆動安定性と素子寿命に優れたものとなると考えられる。実際、上記窒素含有化合物の分解に起因する現象は、表面分析手法の一つであるX線光電子分光法により立証できる。具体的な結果は実施例で示すが、窒素含有化合物として窒素と炭素とを構成元素として含む化合物を用い、この化合物を分解させる処理をすることにより、炭素:窒素比(CN比)が2:1から1:1にまで高窒素比率になっている事が観測されている。また同時に、上記処理により、窒素のスペクトルの半値幅の増加が観測されており、この事は、化学環境の広がりを示しており、より強固な金属−窒素結合の出現も示唆されている。
したがって、窒素含有膜からなる層の下地が金属元素を含む膜であることも上記のような本発明の有機電界発光素子が奏する効果の発現に大きく寄与していると考えられる。
The nitrogen-containing film used in the organic electroluminescent element of the present invention includes (1) a nitrogen-containing film formed of a nitrogen-containing compound on a metal oxide layer, and (2) formed of a nitrogen-containing compound on a metal oxide layer. High nitrogen-containing film formed, (3) Nitrogen-containing film formed by decomposing a nitrogen-containing compound on a metal oxide layer, (4) Formed by decomposing a nitrogen-containing compound on a metal oxide layer There are a total of four types of high nitrogen-containing films.
The reason why the performance of the organic electroluminescent device is improved by forming such a film is presumed as follows.
First of all, when it contains a nitrogen atom, its lone pair of electrons tends to form a bond with the metal atom in the substrate. The polarization between the metal-nitrogen bond will exhibit strong electron injection properties. It is satisfied in all the nitrogen-containing films (1) to (4) above. More preferably, the above (2) having a high ratio of nitrogen atoms having a lone electron pair is suitable.
In the above (3) and (4), it is expected that the film will have nitrogen atoms present at high density due to the decomposition phenomenon related to film formation, and as a result, various metal-nitrogen bonds will appear. It is expected. And it is considered that there is also a stronger metal-nitrogen bond than before. Further, depending on the state of decomposition, the nitrogen atom fraction may be relatively increased due to the disappearance of other components such as unnecessary carbon, and as a result, a more suitable environment may be realized (4). .. In these nitrogen-containing membranes, since the origin of the main nitrogen is a metal-nitrogen bond, it is expected that nitrogen atoms are accumulated at a higher density than the physical adsorption of ordinary molecules. Due to these factors, it is considered that having such a nitrogen-containing film makes the organic electroluminescent device excellent in luminous efficiency, device drive stability, and device life. In fact, the phenomenon caused by the decomposition of the nitrogen-containing compound can be proved by X-ray photoelectron spectroscopy, which is one of the surface analysis methods. Specific results will be shown in Examples, but by using a compound containing nitrogen and carbon as constituent elements as the nitrogen-containing compound and performing a treatment to decompose this compound, the carbon: nitrogen ratio (CN ratio) is 2: It has been observed that the nitrogen ratio is high from 1 to 1: 1. At the same time, an increase in the half width of the nitrogen spectrum was observed by the above treatment, which indicates the expansion of the chemical environment and suggests the appearance of a stronger metal-nitrogen bond.
Therefore, it is considered that the fact that the base of the layer made of the nitrogen-containing film is a film containing a metal element also greatly contributes to the development of the effects of the organic electroluminescent device of the present invention as described above.

上記(1)、(2)の窒素含有膜は、金属酸化物層に隣接して形成された窒素含有化合物からなる膜、すなわち、窒素含有化合物が分解することなく膜を形成したものである。上記(2)の窒素含有膜は、窒素含有化合物として、窒素含有化合物を構成する全原子数に対する窒素原子数の割合が高いものを用いて形成されるものである。
上記(1)、(2)の窒素含有膜の形成方法は特に制限されないが、窒素含有化合物の溶液を金属酸化物層に隣接するように塗布した後、溶媒を揮発させる方法が好適に用いられる。
The nitrogen-containing films (1) and (2) above are films made of nitrogen-containing compounds formed adjacent to the metal oxide layer, that is, the nitrogen-containing compounds are formed without decomposition. The nitrogen-containing film (2) is formed by using a nitrogen-containing compound having a high ratio of the number of nitrogen atoms to the total number of atoms constituting the nitrogen-containing compound.
The method for forming the nitrogen-containing film of (1) and (2) above is not particularly limited, but a method of applying a solution of the nitrogen-containing compound so as to be adjacent to the metal oxide layer and then volatilizing the solvent is preferably used. ..

上記(3)、(4)の窒素含有膜は、金属酸化物層上で窒素含有化合物を分解させることで形成される膜であるが、窒素含有化合物の一部に分解されないものが残っていてもよい。好ましくは、窒素含有化合物の全てが分解されることである。
上記(3)、(4)の窒素含有膜の形成方法は特に制限されないが、窒素含有化合物の溶液を金属酸化物層に塗布した後、窒素含有化合物を分解して形成する方法が好適に用いられる。
The nitrogen-containing films (3) and (4) above are films formed by decomposing a nitrogen-containing compound on a metal oxide layer, but some of the nitrogen-containing compounds are not decomposed. May be good. Preferably, all of the nitrogen-containing compounds are decomposed.
The method for forming the nitrogen-containing film of (3) and (4) above is not particularly limited, but a method of applying a solution of the nitrogen-containing compound to the metal oxide layer and then decomposing the nitrogen-containing compound to form the film is preferably used. Be done.

上記窒素含有膜からなる層の平均厚さが0.1nm以上、3nm未満である点は本発明の有機電界発光素子の大きな特徴である。
上記非特許文献4では、逆構造のHOILED素子の電子注入層を形成する材料としてポリエチレンイミンを用いることで仕事関数が低下し、電子注入の障壁が低くなることが開示されている。非特許文献4では、ポリエチレンイミンによる仕事関数の変化はポリエチレンイミン層の厚みが薄くなるほど大きくなるものの、その効果はポリエチレンイミン層の厚みが8nmの場合と4nmの場合とで差がない結果となっており、8nm程度よりも層の厚みを薄くしてもそれ以上は効果の向上が期待できないことが示唆される結果となっている。これに対し本発明は、逆構造のHOILED素子において、金属酸化物層に隣接するように非特許文献4に開示されたものよりも更に薄い平均厚さが0.1nm以上、3nm未満の窒素含有膜を形成することで、発光効率及び輝度に優れた素子が得られるという、従来の技術からは予測のできない効果が得られることを見出したものである。
The point that the average thickness of the layer made of the nitrogen-containing film is 0.1 nm or more and less than 3 nm is a major feature of the organic electroluminescent device of the present invention.
Non-Patent Document 4 discloses that the work function is lowered and the barrier of electron injection is lowered by using polyethyleneimine as a material for forming an electron injection layer of a HOILED element having an inverted structure. In Non-Patent Document 4, the change in the work function due to polyethyleneimine increases as the thickness of the polyethyleneimine layer becomes thinner, but the effect is the same between the case where the thickness of the polyethyleneimine layer is 8 nm and the case where the thickness is 4 nm. The result suggests that even if the thickness of the layer is made thinner than about 8 nm, no further improvement in the effect can be expected. On the other hand, in the HOILED element having the reverse structure, the present invention contains nitrogen having an average thickness of 0.1 nm or more and less than 3 nm, which is thinner than that disclosed in Non-Patent Document 4 so as to be adjacent to the metal oxide layer. It has been found that by forming a film, an element having excellent luminous efficiency and brightness can be obtained, which is an effect that cannot be predicted from conventional techniques.

上記窒素含有膜からなる層の平均厚さは0.1nm以上、3nm未満であればよいが、0.5nm以上、2.9nm以下であることが好ましい。より好ましくは、1.0nm以上、2.7nm以下であり、更に好ましくは、1.5nm以上、2.5nm以下である。
窒素含有膜からなる層の平均厚さは、実施例に記載の方法により測定することができる。
The average thickness of the layer made of the nitrogen-containing film may be 0.1 nm or more and less than 3 nm, but is preferably 0.5 nm or more and 2.9 nm or less. It is more preferably 1.0 nm or more and 2.7 nm or less, and further preferably 1.5 nm or more and 2.5 nm or less.
The average thickness of the layer composed of the nitrogen-containing film can be measured by the method described in Examples.

上記窒素含有膜は、膜を構成する元素として窒素元素と炭素元素とを含み、該膜を構成する窒素原子と炭素原子との存在比率が
窒素原子数/(窒素原子数+炭素原子数)>1/8
の関係を満たすことが好ましい。
このように窒素含有膜中における窒素原子数の割合が高いと、金属−窒素結合の総数が増加し、結果としてより強い分極により電子注入特性が更に高いものとなる。窒素含有膜における窒素原子数/(窒素原子数+炭素原子数)は、1/5より大きいことがより好ましい。
窒素含有膜中における窒素元素、炭素元素の存在比率は、光電子分光法(XPS)により測定することができる。
The nitrogen-containing film contains a nitrogen element and a carbon element as elements constituting the film, and the abundance ratio of the nitrogen atom and the carbon atom constituting the film is the number of nitrogen atoms / (number of nitrogen atoms + number of carbon atoms)>. 1/8
It is preferable to satisfy the relationship of.
When the ratio of the number of nitrogen atoms in the nitrogen-containing membrane is high as described above, the total number of metal-nitrogen bonds increases, and as a result, the electron injection characteristics become higher due to stronger polarization. The number of nitrogen atoms / (number of nitrogen atoms + number of carbon atoms) in the nitrogen-containing film is more preferably larger than 1/5.
The abundance ratio of nitrogen element and carbon element in the nitrogen-containing film can be measured by photoelectron spectroscopy (XPS).

上記窒素含有化合物としては、例えば、ポリビニルピロリドンのようなピロリドン類、ポリピロールのようなピロール類又はポリアニリンのようなアニリン類、又はポリビニルピリジンのようなピリジン類、同様に、ピロリジン類、イミダゾール類、ピペリジン類、ピリミジン類、トリアジン類などの含窒素複素環を有する化合物や、アミン化合物が挙げられる。その中でも、1級アミン構造を有する窒素含有化合物が好ましい。すなわち、窒素含有膜は、1級アミン構造を有する窒素含有化合物由来の膜であることは本発明の好適な実施形態の1つである。 Examples of the nitrogen-containing compound include pyrrolidones such as polyvinylpyrrolidone, pyrroles such as polypyrrole or anilins such as polyaniline, and pyridines such as polyvinylpyridine, as well as pyrrolidines, imidazoles, and piperidine. Such as compounds having a nitrogen-containing heterocycle such as pyrimidines and triazines, and amine compounds. Among them, a nitrogen-containing compound having a primary amine structure is preferable. That is, it is one of the preferred embodiments of the present invention that the nitrogen-containing film is a film derived from a nitrogen-containing compound having a primary amine structure.

上記窒素含有化合物としてはまた、窒素含有率の高い化合物が好ましく、ポリアミン類が好ましい。ポリアミン類は、化合物を構成する全原子数に対する窒素原子数の比率が高いため、有機電界発光素子を高い電子注入性と駆動安定性を有するものとする点から適している。
ポリアミン類としては、塗布により層を形成することができるものが好ましく、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。低分子化合物としては、ジエチレントリアミン、ペンタメチルジエチレントリアミンのようなポリアルキレンアミンが好適に用いられ、高分子化合物では、ポリアルキレンイミン構造を有する重合体が好適に用いられる。特にポリエチレンイミンが好ましい。中でも、窒素含有化合物が、ポリエチレンイミン又はジエチレントリアミンであることは本発明の好適な実施形態の1つである。
なお、ここで低分子化合物とは、高分子化合物(重合体)ではない化合物を意味し、分子量の低い化合物を必ずしも意味するものではない。
As the nitrogen-containing compound, a compound having a high nitrogen content is preferable, and polyamines are preferable. Since polyamines have a high ratio of the number of nitrogen atoms to the total number of atoms constituting the compound, they are suitable from the viewpoint of making the organic electroluminescent element have high electron injection property and drive stability.
As the polyamines, those capable of forming a layer by coating are preferable, and they may be low molecular weight compounds or high molecular weight compounds. As the low molecular weight compound, polyalkyleneamines such as diethylenetriamine and pentamethyldiethylenetriamine are preferably used, and as the high molecular weight compound, a polymer having a polyalkyleneimine structure is preferably used. Polyethyleneimine is particularly preferable. Above all, it is one of the preferred embodiments of the present invention that the nitrogen-containing compound is polyethyleneimine or diethylenetriamine.
Here, the low molecular weight compound means a compound that is not a high molecular weight compound (polymer), and does not necessarily mean a compound having a low molecular weight.

上記ポリアミン類の中でも、ポリアルキレンイミン構造を主鎖骨格に有する分岐状構造の重合体を用いることは、本発明の好適な実施形態の1つである。
また、上記ポリアミン類の中でも、ポリアルキレンイミン構造を主鎖骨格に有する直鎖状構造の重合体を用いることも、本発明の好適な実施形態の1つである。
ポリアミン類の中でも、上記の主鎖骨格が分岐状構造あるいは直鎖状構造の重合体を用いることで、素子駆動安定性と素子寿命により優れたものとなる。これは、このようなポリアルキレンイミン構造を主鎖骨格に有する重合体は、デバイス中で安定に存在することによるものと推定される。
このようなポリアルキレンイミン構造を主鎖骨格に有する分岐状構造あるいは直鎖状構造の重合体によって金属酸化物層に隣接して形成された窒素含有膜は、上記(1)の窒素含有膜となる。
上記ポリアルキレンイミン構造を主鎖骨格に有する直鎖状構造の重合体は、主鎖骨格を形成するポリアルキレンイミン構造の大半が直鎖状に連結したものであればよく、一部に分岐構造を有するものであってもよいが、主鎖骨格を形成するポリアルキレンイミン構造の90%以上が直鎖状に連結したものである。好ましくは、95%以上が直鎖状に連結したものであり、最も好ましくは、主鎖骨格を形成するポリアルキレンイミン構造の100%が直鎖状に連結したものである。
上記ポリアルキレンイミン構造を主鎖骨格に有する分岐状構造の重合体とは、分岐構造を10%より多く有するものが分岐状ポリアルキレンイミンである。
Among the above polyamines, using a polymer having a branched structure having a polyalkyleneimine structure in the main clavicle is one of the preferred embodiments of the present invention.
Further, among the above polyamines, it is also one of the preferred embodiments of the present invention to use a polymer having a linear structure having a polyalkyleneimine structure in the main chain skeleton.
Among the polyamines, by using a polymer in which the main chain skeleton has a branched structure or a linear structure, the device drive stability and device life are improved. It is presumed that this is because the polymer having such a polyalkyleneimine structure in the main clavicle is stably present in the device.
The nitrogen-containing film formed adjacent to the metal oxide layer by a polymer having a branched structure or a linear structure having such a polyalkyleneimine structure in the main chain skeleton is the nitrogen-containing film described in (1) above. Become.
The polymer having a linear structure having the polyalkyleneimine structure in the main chain skeleton may be a polymer in which most of the polyalkyleneimine structures forming the main chain skeleton are linearly linked, and a partially branched structure is used. However, 90% or more of the polyalkyleneimine structure forming the main chain skeleton is linearly linked. Preferably, 95% or more are linearly linked, and most preferably 100% of the polyalkyleneimine structure forming the main clavicle is linearly linked.
The branched polymer having a polyalkyleneimine structure in the main clavicle is a branched polyalkyleneimine having a branched structure of 10% or more.

上記ポリアルキレンイミン構造を有する重合体のポリアルキレンイミン構造は、炭素数2〜4のアルキレンイミンにより形成された構造であることが好ましい。より好ましくは、炭素数2又は3のアルキレンイミンにより形成された構造である。 The polyalkyleneimine structure of the polymer having the polyalkyleneimine structure is preferably a structure formed of alkyleneimine having 2 to 4 carbon atoms. More preferably, it is a structure formed of an alkyleneimine having 2 or 3 carbon atoms.

上記ポリアルキレンイミン構造を有する重合体は、主鎖骨格にポリアルキレンイミン構造を有するものであればよく、ポリアルキレンイミン構造以外の構造を有する共重合体であってもよい。 The polymer having a polyalkyleneimine structure may be any polymer having a polyalkyleneimine structure in the main chain skeleton, and may be a copolymer having a structure other than the polyalkyleneimine structure.

上記ポリアルキレンイミン構造を有する重合体がポリアルキレンイミン構造以外の構造を有する場合、ポリアルキレンイミン構造以外の構造の原料となる単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、アセチレン、アクリル酸、スチレン、又は、ビニルカルバゾール等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。また、これらの単量体の炭素原子に結合した水素原子が他の有機基に置換された構造のものも好適に用いることができる。水素原子と置換する他の有機基としては、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子を含んでいてもよい炭素数1〜10の炭化水素基等が挙げられる。 When the polymer having a polyalkyleneimine structure has a structure other than the polyalkyleneimine structure, examples of the monomer used as a raw material for the structure other than the polyalkyleneimine structure include ethylene, propylene, butene, acetylene, and acrylic acid. , Styrene, vinylcarbazole and the like, and one or more of these can be used. Further, those having a structure in which a hydrogen atom bonded to a carbon atom of these monomers is replaced with another organic group can also be preferably used. Examples of other organic groups that replace hydrogen atoms include hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms that may contain at least one atom selected from the group consisting of oxygen atoms, nitrogen atoms, and sulfur atoms. Can be mentioned.

上記ポリアルキレンイミン構造を有する重合体は、重合体の主鎖骨格を形成する単量体成分100質量%のうち、ポリアルキレンイミン構造を形成する単量体が50質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、66質量%以上であり、更に好ましくは、80質量%以上である。最も好ましくは、ポリアルキレンイミン構造を形成する単量体が100質量%であること、すなわち、ポリアルキレンイミン構造を有する重合体がポリアルキレンイミンのホモポリマーであることである。 The polymer having a polyalkyleneimine structure preferably contains 50% by mass or more of the monomers forming the polyalkyleneimine structure out of 100% by mass of the monomer components forming the main chain skeleton of the polymer. .. More preferably, it is 66% by mass or more, and even more preferably 80% by mass or more. Most preferably, the monomer forming the polyalkyleneimine structure is 100% by mass, that is, the polymer having the polyalkyleneimine structure is a homopolymer of the polyalkyleneimine.

上記ポリアルキレンイミン構造を有する重合体は、重量平均分子量が100000以下であることが好ましい。このような重量平均分子量のものを用い、重合体が分解する温度での加熱処理を行って層を形成することで、有機電界発光素子をより駆動安定性に優れたものとすることができる。ポリエチレンイミン等のポリアルキレンイミン構造を有する重合体が上述した分岐状構造の重合体である場合には、重合体の重量平均分子量は、より好ましくは、10000以下であり、更に好ましくは、100〜1000である。
また、ポリアルキレンイミン構造を有する重合体が上述した直鎖状構造の重合体である場合には、重合体の重量平均分子量は、より好ましくは、250000以下であり、更に好ましくは、10000超過、50000以下であり、特に好ましくは、10000超過、25000未満である。
重量平均分子量は、以下の条件でGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定により求めることができる。
測定機器:Waters Alliance(2695)(商品名、Waters社製)
分子量カラム:TSKguard column α、TSKgel α−3000、TSKgel α−4000、TSKgel α−5000(いずれも東ソー社製)を直列に接続して使用
溶離液:100mMホウ酸水溶液14304gに50mM水酸化ナトリウム水溶液96gとアセトニトリル3600gを混合した溶液
検量線用標準物質:ポリエチレングリコール(東ソー社製)
測定方法:測定対象物を固形分が約0.2質量%となるように溶離液に溶解し、フィルターにてろ過した物を測定サンプルとして分子量を測定する。
The polymer having a polyalkyleneimine structure preferably has a weight average molecular weight of 100,000 or less. By using such a weight average molecular weight and performing heat treatment at a temperature at which the polymer decomposes to form a layer, the organic electroluminescent device can be made more excellent in drive stability. When the polymer having a polyalkyleneimine structure such as polyethyleneimine is the polymer having the above-mentioned branched structure, the weight average molecular weight of the polymer is more preferably 10,000 or less, still more preferably 100 to 100. It is 1000.
When the polymer having a polyalkyleneimine structure is the polymer having the linear structure described above, the weight average molecular weight of the polymer is more preferably 250,000 or less, still more preferably more than 10,000. It is 50,000 or less, particularly preferably more than 10,000 and less than 25,000.
The weight average molecular weight can be determined by GPC (gel permeation chromatography) measurement under the following conditions.
Measuring equipment: Waters Alliance (2695) (trade name, manufactured by Waters)
Molecular weight column: TSKguard colon α, TSKgel α-3000, TSKgel α-4000, TSKgel α-5000 (all manufactured by Tosoh Corporation) are connected in series and used. Eluent: 14304 g of 100 mM boric acid aqueous solution and 96 g of 50 mM sodium hydroxide aqueous solution. Standard substance for solution calibration line in which 3600 g of acetonitrile and 3600 g are mixed: Polyethylene glycol (manufactured by Tosoh)
Measurement method: The object to be measured is dissolved in an eluent so that the solid content is about 0.2% by mass, and the substance filtered through a filter is used as a measurement sample to measure the molecular weight.

また、金属酸化物層上でこれら窒素含有化合物を分解させると、上記(3)の窒素含有膜や(4)の高窒素含有膜となる。窒素含有化合物として、ポリアミン類等のような窒素含有割合の高い化合物を用いることで金属酸化物層上に窒素含有化合物の分解物をより緻密に堆積させることができると考えられる。このような金属酸化物上の窒素含有薄膜も本特許の発明の一つである。 Further, when these nitrogen-containing compounds are decomposed on the metal oxide layer, the nitrogen-containing film (3) and the high nitrogen-containing film (4) are obtained. It is considered that the decomposition product of the nitrogen-containing compound can be more densely deposited on the metal oxide layer by using a compound having a high nitrogen content ratio such as polyamines as the nitrogen-containing compound. A nitrogen-containing thin film on such a metal oxide is also one of the inventions of this patent.

上記窒素含有膜を形成する方法は特に制限されないが、窒素含有化合物を蒸着させる工程を含む方法や、金属酸化物層上に窒素含有化合物を含む溶液を塗布する工程を含む方法が好ましく、中でも、金属酸化物層上に窒素含有化合物を含む溶液を塗布する工程を含む方法がより好ましい。金属酸化物層上に窒素含有化合物を含む溶液を塗布する工程を含む方法で窒素含有膜を形成すると、以下のような効果も得られる。
有機電界発光素子の金属酸化物層は、後述するようにスプレー熱分解法、ゾルゲル法、スパッタ法等の方法で成膜され、表面は平滑ではなく凹凸を持つ。この金属酸化物層の上に、真空蒸着等の方法で発光層を成膜した場合、発光層の原料となる成分の種類によっては、金属酸化物層の表面の凹凸が結晶核となり、金属酸化物層に接する発光層を形成する材料の結晶化が促進される。このため、有機電界発光素子を完成させたとしても、大きなリーク電流が流れ、発光面が不均一化して、実用に耐える素子が得られない場合がある。
しかし、溶液を塗布して層を形成すると、表面の平滑な層を形成することができるため、金属酸化物層と発光層との間に塗布により窒素含有化合物層を形成すると、発光層を形成する材料の結晶化が抑制され、これによって、金属酸化物層を有する有機電界発光素子がリーク電流の抑制と、均一な面発光を得ることができることになる。
The method for forming the nitrogen-containing film is not particularly limited, but a method including a step of depositing the nitrogen-containing compound and a method including a step of applying a solution containing the nitrogen-containing compound on the metal oxide layer are preferable. A method including a step of applying a solution containing a nitrogen-containing compound on the metal oxide layer is more preferable. When the nitrogen-containing film is formed by a method including a step of applying a solution containing a nitrogen-containing compound on the metal oxide layer, the following effects can also be obtained.
The metal oxide layer of the organic electroluminescent device is formed by a method such as a spray pyrolysis method, a sol-gel method, or a sputtering method as described later, and the surface is not smooth and has irregularities. When a light emitting layer is formed on the metal oxide layer by a method such as vacuum deposition, the unevenness of the surface of the metal oxide layer becomes crystal nuclei depending on the type of the component that is the raw material of the light emitting layer, and metal oxidation occurs. Crystallization of the material forming the light emitting layer in contact with the material layer is promoted. Therefore, even if the organic electroluminescent element is completed, a large leak current may flow and the light emitting surface may become non-uniform, making it impossible to obtain an element that can withstand practical use.
However, when a solution is applied to form a layer, a smooth surface layer can be formed. Therefore, when a nitrogen-containing compound layer is formed by coating between a metal oxide layer and a light emitting layer, a light emitting layer is formed. The crystallization of the material is suppressed, so that the organic electroluminescent element having the metal oxide layer can suppress the leakage current and obtain uniform surface emission.

上記窒素含有化合物として、ポリアミン類を用いる場合、窒素含有化合物を含む溶液の溶媒として水又は低級アルコールを用いることができる。低級アルコールとしては、炭素数1〜4のアルコールを用いることが好ましく、メタノール、エタノール、プロパノール、エトキシエタノール、メトキシエタノール等を単独または混合して用いることができる。 When polyamines are used as the nitrogen-containing compound, water or a lower alcohol can be used as the solvent for the solution containing the nitrogen-containing compound. As the lower alcohol, it is preferable to use an alcohol having 1 to 4 carbon atoms, and methanol, ethanol, propanol, ethoxyethanol, methoxyethanol and the like can be used alone or in combination.

上記窒素含有膜を、窒素含有化合物を含む溶液を塗布する工程を含む方法により形成する場合、窒素含有化合物を含む溶液の濃度は、特に制限されないが、0.01〜1質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.05〜0.5質量%であり、更に好ましくは、0.1〜0.3質量%である。 When the nitrogen-containing film is formed by a method including a step of applying a solution containing a nitrogen-containing compound, the concentration of the solution containing the nitrogen-containing compound is not particularly limited, but may be 0.01 to 1% by mass. preferable. It is more preferably 0.05 to 0.5% by mass, and even more preferably 0.1 to 0.3% by mass.

上記窒素含有膜を、窒素含有化合物を含む溶液を塗布する工程を含む方法により形成する場合、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、スリットコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等の各種塗布法を用いて成膜することができる。このうち、膜厚をより制御しやすいという点でスピンコート法やスリットコート法が好ましい。 When the nitrogen-containing film is formed by a method including a step of applying a solution containing a nitrogen-containing compound, a spin coating method, a casting method, a micro gravure coating method, a gravure coating method, a bar coating method, a roll coating method, and a wire bar are used. The film can be formed by using various coating methods such as a coating method, a slit coating method, a dip coating method, a spray coating method, a screen printing method, a flexographic printing method, an offset printing method, and an inkjet printing method. Of these, the spin coating method and the slit coating method are preferable because the film thickness can be more easily controlled.

また上記窒素含有化合物を含む溶液を塗布する工程を行った後、溶媒でリンスする工程や超音波で洗浄する工程を行ってもよい。
溶媒でリンスする工程を行う場合、水、エタノール、メトキシエタノール等の溶媒の1種又は2種以上を用いることができる。
Further, after performing the step of applying the solution containing the nitrogen-containing compound, a step of rinsing with a solvent or a step of washing with ultrasonic waves may be performed.
When rinsing with a solvent, one or more solvents such as water, ethanol, and methoxyethanol can be used.

上記窒素含有化合物を含む溶液を塗布する工程、溶媒でリンスする工程や超音波で洗浄する工程は、大気下で行ってもよく、不活性ガス雰囲気下で行ってもよいが、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。不活性ガス雰囲気下で行うことで、得られる素子が輝度や素子寿命により優れた素子となる。
不活性ガスとしては、ヘリウム、窒素、アルゴン等を用いることができる。
The step of applying the solution containing the nitrogen-containing compound, the step of rinsing with a solvent, and the step of washing with ultrasonic waves may be performed in an atmosphere or an inert gas atmosphere, but the inert gas atmosphere may be used. It is preferable to do it below. By performing the operation in an inert gas atmosphere, the obtained element becomes an element excellent in brightness and element life.
As the inert gas, helium, nitrogen, argon or the like can be used.

上記(3)、(4)の窒素含有膜は、金属酸化物層上で窒素含有化合物を分解させることで形成されるものである限り、窒素含有化合物を分解させる方法は特に制限されないが、窒素含有化合物を加熱により分解させることで形成されるものであることが好ましい。
窒素含有化合物を加熱により分解させると、金属酸化物層中の金属原子と窒素原子との結合が強化され、これにより、有機電界発光素子が、より長期にわたって高い駆動安定性を発揮するものとなる。
このように窒素含有膜が、窒素含有化合物を加熱により分解させることで形成されるものであることは本発明の好適な実施形態の1つである。
As long as the nitrogen-containing films of (3) and (4) are formed by decomposing the nitrogen-containing compound on the metal oxide layer, the method for decomposing the nitrogen-containing compound is not particularly limited, but nitrogen. It is preferably formed by decomposing the contained compound by heating.
When the nitrogen-containing compound is decomposed by heating, the bond between the metal atom and the nitrogen atom in the metal oxide layer is strengthened, whereby the organic electroluminescent element exhibits high drive stability for a longer period of time. ..
It is one of the preferred embodiments of the present invention that the nitrogen-containing film is formed by decomposing the nitrogen-containing compound by heating.

したがって、上記窒素含有膜は、金属酸化物層上に窒素含有化合物を含む溶液を塗布した後、窒素含有化合物を加熱により分解させることで形成する方法により形成されるものが最も好ましく、このような方法で形成することで、リーク電流の抑制と、均一な面発光を得る効果、及び、有機電界発光素子が、より長期にわたって高い駆動安定性を発揮するものとする効果が得られることになる。
このようなHOILED素子の製造方法、すなわち、陽極と、基板上に形成された陰極との間に複数の層が積層された構造を有する有機電界発光素子の製造方法であって、上記製造方法は、金属酸化物層上に、窒素含有化合物を含む溶液を塗布する工程と、該窒素含有化合物の塗膜から溶媒を除去する工程と、該窒素含有化合物が分解する温度で加熱処理をして本発明の窒素含有膜からなる層を製造する工程とを含む有機電界発光素子の製造方法もまた、本発明の1つである。
本発明の有機電界発光素子の製造方法において、窒素含有化合物を含む溶液を塗布する工程の好ましい形態は上述したとおりである。また、上述した溶媒でリンスする工程や超音波で洗浄する工程を行ってもよい。
Therefore, the nitrogen-containing film is most preferably formed by a method of applying a solution containing a nitrogen-containing compound on a metal oxide layer and then decomposing the nitrogen-containing compound by heating. By forming by the method, the effect of suppressing the leak current and obtaining uniform surface emission, and the effect of making the organic electroluminescent element exhibit high drive stability for a longer period of time can be obtained.
Such a method for manufacturing a HOILED element, that is, a method for manufacturing an organic electric field light emitting element having a structure in which a plurality of layers are laminated between an anode and a cathode formed on a substrate, and the above manufacturing method is , A step of applying a solution containing a nitrogen-containing compound on a metal oxide layer, a step of removing a solvent from a coating film of the nitrogen-containing compound, and a heat treatment at a temperature at which the nitrogen-containing compound decomposes. A method for manufacturing an organic electroluminescent element, which includes a step of manufacturing a layer made of a nitrogen-containing film of the present invention, is also one of the present inventions.
In the method for producing an organic electroluminescent device of the present invention, a preferred embodiment of the step of applying a solution containing a nitrogen-containing compound is as described above. Further, a step of rinsing with the above-mentioned solvent or a step of washing with ultrasonic waves may be performed.

上記窒素含有化合物の塗膜から溶媒を除去する工程における溶媒の除去は加熱処理により行われることが好ましい。加熱処理して溶媒等を膜中から排除することで、より安定な膜構造にすることができる。
溶媒を除去するための加熱処理の温度は、80〜180℃であることが好ましい。より好ましくは、100〜150℃である。
The removal of the solvent in the step of removing the solvent from the coating film of the nitrogen-containing compound is preferably performed by heat treatment. A more stable film structure can be obtained by removing the solvent and the like from the film by heat treatment.
The temperature of the heat treatment for removing the solvent is preferably 80 to 180 ° C. More preferably, it is 100 to 150 ° C.

上記窒素含有化合物を分解させるため、もしくは溶媒等を膜中から排除しより安定な膜構造にするための加熱処理(アニール)の温度は、80〜200℃であることが好ましい。また加熱処理の時間は、1〜60分であることが好ましく、より好ましくは、5〜20分である。
加熱処理の温度や時間は、上記範囲の中で、窒素含有化合物の種類により適宜設定すればよい。例えば、窒素含有化合物として下記ポリアルキレンイミン構造を主鎖骨格に有する重合体を用いる場合、重合体の分子量が大きくなるほど分解温度は高くなるため、重合体の分子量を考慮し、後述する実施例での加熱処理条件を参考にして加熱処理の温度、及び、時間を適宜設定することができる。
上記窒素含有化合物を分解させるための加熱処理は、大気下で行ってもよく、不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。
窒素含有化合物が分解しているか否かはX線光電子分光法(XPS)測定により確認することができる。
The temperature of the heat treatment (annealing) for decomposing the nitrogen-containing compound or removing the solvent or the like from the film to obtain a more stable film structure is preferably 80 to 200 ° C. The heat treatment time is preferably 1 to 60 minutes, more preferably 5 to 20 minutes.
The temperature and time of the heat treatment may be appropriately set within the above range depending on the type of nitrogen-containing compound. For example, when a polymer having the following polyalkyleneimine structure in the main chain skeleton is used as the nitrogen-containing compound, the decomposition temperature rises as the molecular weight of the polymer increases. Therefore, in consideration of the molecular weight of the polymer, in Examples described later. The temperature and time of the heat treatment can be appropriately set with reference to the heat treatment conditions of.
The heat treatment for decomposing the nitrogen-containing compound may be carried out in an atmosphere or an inert gas atmosphere.
Whether or not the nitrogen-containing compound is decomposed can be confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement.

本発明の有機電界発光素子は、陽極および陰極と、前記陽極と前記陰極とに挟まれた1層または複数層の有機化合物層とを有し、前記陰極と前記有機化合物層との間に、金属酸化物層を有し、更に、前記金属酸化物層と前記有機化合物層との間に本発明の窒素含有膜からなる層を有することが好ましい。ここで有機化合物層は、発光層を含み、必要に応じてその他に電子輸送層や正孔輸送層を含む層である。
その中でも、本発明の有機電界発光素子は、基板上に隣接して陰極が形成され、陽極と陰極との間に金属酸化物層を有する有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子であって、発光層と陽極とを有し、陰極と発光層との間に、電子注入層と、必要に応じて電子輸送層とを有し、陽極と発光層との間に正孔輸送層及び/又は正孔注入層を有する構成の素子であることが好ましい。本発明の有機電界発光素子は、これらの各層の間に他の層を有していてもよいが、これらの各層のみから構成される素子であることが好ましい。すなわち、陰極、電子注入層、必要に応じて電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び/又は正孔注入層、陽極の各層がこの順に隣接して積層された素子であることが好ましい。なお、これらの各層は、1層からなるものであってもよく、2層以上からなるものであってもよい。
上述したように、窒素含有膜は、電子注入特性に優れたものであるから、電子注入側、つまり陰極側に用いられることが好ましい。また金属酸化物層は、後述するように、陰極の一部若しくは電子注入層の一層、及び/又は、陽極の一部若しくは正孔注入層の一層として積層されることが好ましい。
上記構成の有機電界素子において、素子が電子輸送層を有さない場合は、電子注入層と発光層とが隣接することになる。また、素子が正孔輸送層、正孔注入層のいずれか一方のみを有する場合には、当該一方の層が発光層と陽極とに隣接して積層されることになり、素子が正孔輸送層と正孔注入層の両方を有する場合には、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順にこれらの層が隣接して積層されることになる。
The organic electric field light emitting element of the present invention has an anode and a cathode, and one or more organic compound layers sandwiched between the anode and the cathode, and between the cathode and the organic compound layer, It is preferable to have a metal oxide layer and further to have a layer made of the nitrogen-containing film of the present invention between the metal oxide layer and the organic compound layer. Here, the organic compound layer is a layer that includes a light emitting layer and, if necessary, an electron transport layer and a hole transport layer.
Among them, the organic electric field light emitting element of the present invention is an organic-inorganic hybrid type organic electric field light emitting element in which a cathode is formed adjacent to the substrate and a metal oxide layer is provided between the anode and the cathode, and emits light. It has a layer and an anode, an electron injection layer and, if necessary, an electron transport layer between the cathode and the light emitting layer, and a hole transport layer and / or a positive between the anode and the light emitting layer. It is preferable that the element has a hole injection layer. The organic electroluminescent device of the present invention may have another layer between each of these layers, but is preferably an element composed of only each of these layers. That is, it is preferable that the element is such that the cathode, the electron injection layer, and if necessary, the electron transport layer, the light emitting layer, the hole transport layer and / or the hole injection layer, and the anode layers are laminated in this order. In addition, each of these layers may be composed of one layer or may be composed of two or more layers.
As described above, since the nitrogen-containing film has excellent electron injection characteristics, it is preferably used on the electron injection side, that is, on the cathode side. Further, as will be described later, the metal oxide layer is preferably laminated as a part of the cathode or one layer of the electron injection layer and / or a part of the anode or one layer of the hole injection layer.
In the organic electric field element having the above configuration, when the element does not have an electron transport layer, the electron injection layer and the light emitting layer are adjacent to each other. When the device has only one of the hole transport layer and the hole injection layer, the one layer is laminated adjacent to the light emitting layer and the anode, and the device transports holes. When both the layer and the hole injection layer are provided, these layers are laminated in the order of the light emitting layer, the hole transport layer, the hole injection layer, and the anode.

本発明の有機電界発光素子において、発光層を形成する材料としては、発光層の材料として通常用いることができるいずれの化合物も用いることができ、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよく、これらを混合して用いてもよい。
なお、本発明において低分子材料とは、高分子材料(重合体)ではない材料を意味し、分子量が低い有機化合物を必ずしも意味するものではない。
In the organic electroluminescent device of the present invention, as the material for forming the light emitting layer, any compound that can be usually used as the material for the light emitting layer can be used, and even a low molecular weight compound is a high molecular weight compound. Alternatively, these may be mixed and used.
In the present invention, the low molecular weight material means a material that is not a high molecular weight material (polymer), and does not necessarily mean an organic compound having a low molecular weight.

上記発光層を形成する高分子材料としては、例えば、トランス型ポリアセチレン、シス型ポリアセチレン、ポリ(ジ−フェニルアセチレン)(PDPA)、ポリ(アルキル,フェニルアセチレン)(PAPA)のようなポリアセチレン系化合物;ポリ(パラ−フェンビニレン)(PPV)、ポリ(2,5−ジアルコキシ−パラ−フェニレンビニレン)(RO−PPV)、シアノ−置換−ポリ(パラ−フェンビニレン)(CN−PPV)、ポリ(2−ジメチルオクチルシリル−パラ−フェニレンビニレン)(DMOS−PPV)、ポリ(2−メトキシ,5−(2’−エチルヘキソキシ)−パラ−フェニレンビニレン)(MEH−PPV)のようなポリパラフェニレンビニレン系化合物;ポリ(3−アルキルチオフェン)(PAT)、ポリ(オキシプロピレン)トリオール(POPT)のようなポリチオフェン系化合物;ポリ(9,9−ジアルキルフルオレン)(PDAF)、ポリ(ジオクチルフルオレン−アルト−ベンゾチアジアゾール)(F8BT)、α,ω−ビス[N,N’−ジ(メチルフェニル)アミノフェニル]−ポリ[9,9−ビス(2−エチルヘキシル)フルオレン−2,7−ジル](PF2/6am4)、ポリ(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレニル)−オルト−コ(アントラセン−9,10−ジイル)のようなポリフルオレン系化合物;ポリ(パラ−フェニレン)(PPP)、ポリ(1,5−ジアルコキシ−パラ−フェニレン)(RO−PPP)のようなポリパラフェニレン系化合物;ポリ(N−ビニルカルバゾール)(PVK)のようなポリカルバゾール系化合物;ポリ(メチルフェニルシラン)(PMPS)、ポリ(ナフチルフェニルシラン)(PNPS)、ポリ(ビフェニリルフェニルシラン)(PBPS)のようなポリシラン系化合物;更には特願2010−230995号、特願2011−6457号に記載のホウ素化合物系高分子材料等が挙げられる。 Examples of the polymer material forming the light emitting layer include polyacetylene compounds such as trans-type polyacetylene, cis-type polyacetylene, poly (di-phenylacetylene) (PDPA), and poly (alkyl, phenylacetylene) (PAPA); Poly (para-phenylene) (PPV), poly (2,5-dialkoxy-para-phenylene vinylene) (RO-PPV), cyano-substituted-poly (para-phenylene) (CN-PPV), poly ( Polyparaphenylene vinylenes such as 2-dimethyloctylsilyl-para-phenylene vinylene) (DMOS-PPV), poly (2-methoxy, 5- (2'-ethylhexoxy) -para-phenylene vinylene) (MEH-PPV) Compounds; Polythiophene compounds such as poly (3-alkylthiophene) (PAT), poly (oxypropylene) triol (POPT); poly (9,9-dialkylfluorene) (PDAF), poly (dioctylfluorene-alto-benzo) Thianazol) (F8BT), α, ω-bis [N, N'-di (methylphenyl) aminophenyl] -poly [9,9-bis (2-ethylhexyl) fluorene-2,7-zil] (PF2 / 6am4) ), Poly (9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorenyl) -ortho-co (anthracene-9,10-diyl) and other polyfluorene compounds; poly (para-phenylene) (PPP) , Polyparaphenylene compounds such as poly (1,5-dialkoxy-para-phenylene) (RO-PPP); polycarbazole compounds such as poly (N-vinylcarbazole) (PVK); poly (methylphenyl) Polysilane compounds such as silane) (PMPS), poly (naphthylphenylsilane) (PNPS), poly (biphenylylphenylsilane) (PBPS); further described in Japanese Patent Application No. 2010-230995, Japanese Patent Application No. 2011-6457. Examples thereof include boron compound-based polymer materials.

上記発光層を形成する低分子材料としては、例えば、配位子に2,2’−ビピリジン−4,4’−ジカルボン酸を持つ、3配位のイリジウム錯体、ファクトリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy))、8−ヒドロキシキノリン アルミニウム(Alq)、トリス(4−メチル−8キノリノレート) アルミニウム(III)(Almq)、8−ヒドロキシキノリン 亜鉛(Znq)、(1,10−フェナントロリン)−トリス−(4,4,4−トリフルオロ−1−(2−チエニル)−ブタン−1,3−ジオネート)ユーロピウム(III)(Eu(TTA)(phen))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィン プラチナム(II)のような各種金属錯体;ジスチリルベンゼン(DSB)、ジアミノジスチリルベンゼン(DADSB)のようなベンゼン系化合物;ナフタレン、ナイルレッドのようなナフタレン系化合物;フェナントレンのようなフェナントレン系化合物;クリセン、6−ニトロクリセンのようなクリセン系化合物;ペリレン、N,N’−ビス(2,5−ジ−t−ブチルフェニル)−3,4,9,10−ペリレン−ジ−カルボキシイミド(BPPC)のようなペリレン系化合物;コロネンのようなコロネン系化合物;アントラセン、ビススチリルアントラセンのようなアントラセン系化合物;ピレンのようなピレン系化合物;4−(ジ−シアノメチレン)−2−メチル−6−(パラ−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)のようなピラン系化合物;アクリジンのようなアクリジン系化合物;スチルベンのようなスチルベン系化合物;2,5−ジベンゾオキサゾールチオフェンのようなチオフェン系化合物;ベンゾオキサゾールのようなベンゾオキサゾール系化合物;ベンゾイミダゾールのようなベンゾイミダゾール系化合物;2,2’−(パラ−フェニレンジビニレン)−ビスベンゾチアゾールのようなベンゾチアゾール系化合物;ビスチリル(1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン)、テトラフェニルブタジエンのようなブタジエン系化合物;ナフタルイミドのようなナフタルイミド系化合物;クマリンのようなクマリン系化合物;ペリノンのようなペリノン系化合物;オキサジアゾールのようなオキサジアゾール系化合物;アルダジン系化合物;1,2,3,4,5−ペンタフェニル−1,3−シクロペンタジエン(PPCP)のようなシクロペンタジエン系化合物;キナクリドン、キナクリドンレッドのようなキナクリドン系化合物;ピロロピリジン、チアジアゾロピリジンのようなピリジン系化合物;2,2’,7,7’−テトラフェニル−9,9’−スピロビフルオレンのようなスピロ化合物;フタロシアニン(HPc)、銅フタロシアニンのような金属または無金属のフタロシアニン系化合物;更には特開2009−155325号公報および特願2010−230995号、特願2011−6458号に記載のホウ素化合物材料等が挙げられる。Examples of the low molecular weight material forming the light emitting layer include a tricoordinated iridium complex having 2,2'-bipyridine-4,4'-dicarboxylic acid as a ligand, and factories (2-phenylpyridine). Iridium (Ir (ppy) 3 ), 8-hydroxyquinolin aluminum (Alq 3 ), tris (4-methyl-8 quinolinolate) aluminum (III) (Almq 3 ), 8-hydroxyquinolin zinc (Znq 2 ), (1, 10-Phenantroline) -Tris- (4,4,4-trifluoro-1- (2-thienyl) -butane-1,3-geonate) Europium (III) (Eu (TTA) 3 (phen)), 2, Various metal complexes such as 3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H, 23H-porphin platinum (II); benzenes such as distyrylbenzene (DSB), diaminodistyrylbenzene (DADSB) Phosphoric compounds; Naphthalene compounds such as naphthalene and Nile Red; Phenantren compounds such as phenanthrene; Crescent compounds such as chrysene and 6-nitrochrycene; Perylene, N, N'-bis (2,5-di-) Perylene compounds such as t-butylphenyl) -3,4,9,10-perylene-di-carboxyimide (BPPC); coronene compounds such as coronen; anthracene compounds such as anthracene and bisstyrylanthracene; Pyrene compounds such as pyrene; pyrane compounds such as 4- (di-cyanomethylene) -2-methyl-6- (para-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM); aclysine compounds such as acrydin Compounds; Stilben compounds such as Stilben; thiophene compounds such as 2,5-dibenzoxazolethiophene; benzoxazole compounds such as benzoxazole; benzoimidazole compounds such as benzoimidazole; 2,2'-( Para-phenylenedivinylene) -benzothiazole compounds such as bisbenzothiazole; butadiene compounds such as bistilyl (1,4-diphenyl-1,3-butadiene), tetraphenylbutadiene; naphthalimide such as naphthalimide Compounds; Cumarin compounds such as coumarin; Perinone compounds such as perinone; Oxaziazole compounds such as oxadiazole; Ardazine compounds; 1,2,3,4,5-pentaf Cyclopentadiene compounds such as enyl-1,3-cyclopentadiene (PPCP); quinacridone compounds such as quinacridone and quinacridone red; pyridine compounds such as spirolopyridine and thiadiazolopyridine; 2,2', 7 , 7'-Tetraphenyl-9,9'-Spiro compounds such as spirobifluorene; metallic or non-metallic phthalocyanine compounds such as phthalocyanine (H 2 Pc), copper phthalocyanine; further, JP-A-2009-155325 Examples thereof include the boron compound materials described in Japanese Patent Application No. 2010-230995 and Japanese Patent Application No. 2011-6458.

上記発光層の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nmであることが好ましい。より好ましくは、20〜100nmであり、更に好ましくは、40〜100nmである。
発光層の平均厚さは、低分子化合物の場合は水晶振動子膜厚計により、高分子化合物の場合は接触式段差計により測定することができる。
The average thickness of the light emitting layer is not particularly limited, but is preferably 10 to 150 nm. It is more preferably 20 to 100 nm, and even more preferably 40 to 100 nm.
The average thickness of the light emitting layer can be measured by a crystal oscillator film thickness meter in the case of a low molecular weight compound and by a contact type step meter in the case of a high molecular weight compound.

本発明の有機電界発光素子が、電子輸送層を有する場合、その材料としては、電子輸送層の材料として通常用いることができるいずれの化合物も用いることができ、これらを混合して用いてもよい。
電子輸送層の材料として用いることができる化合物の例としては、トリス−1,3,5−(3’−(ピリジン−3’’−イル)フェニル)ベンゼン(TmPyPhB)のようなピリジン誘導体、(2−(3−(9−カルバゾリル)フェニル)キノリン(mCQ))のようなキノリン誘導体、2−フェニル−4,6−ビス(3,5−ジピリジルフェニル)ピリミジン(BPyPPM)のようなピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、バソフェナントロリン(BPhen)のようなフェナントロリン誘導体、2,4−ビス(4−ビフェニル)−6−(4’−(2−ピリジニル)−4−ビフェニル)−[1,3,5]トリアジン(MPT)のようなトリアジン誘導体、3−フェニル−4−(1’−ナフチル)−5−フェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)のようなトリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾール)(PBD)のようなオキサジアゾール誘導体、2,2’,2’’−(1,3,5−ベントリイル)−トリス(1−フェニル−1−H−ベンズイミダゾール)(TPBI)のようなイミダゾール誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(Zn(BTZ))、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)などに代表される各種金属錯体、2,5−ビス(6’−(2’,2’’−ビピリジル))−1,1−ジメチル−3,4−ジフェニルシロール(PyPySPyPy)等のシロール誘導体に代表される有機シラン誘導体等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
これらの中でも、Alqのような金属錯体、TmPyPhBのようなピリジン誘導体が好ましい。
When the organic electroluminescent device of the present invention has an electron transport layer, any compound that can be usually used as a material for the electron transport layer can be used as the material thereof, and these may be mixed and used. ..
Examples of compounds that can be used as materials for the electron transport layer include pyridine derivatives such as tris-1,3,5- (3'-(pyridine-3''-yl) phenyl) benzene (TmPyPhB). Kinolin derivatives such as 2- (3- (9-carbazolyl) phenyl) quinoline (mCQ)), pyrimidine derivatives such as 2-phenyl-4,6-bis (3,5-dipyridylphenyl) pyrimidine (BPyPPM), Pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives such as basophenanthroline (BPhen), 2,4-bis (4-biphenyl) -6- (4'-(2-pyridinyl) -4-biphenyl)-[1,3,5] triazine Triazine derivatives such as (MPT), triazole derivatives such as 3-phenyl-4- (1'-naphthyl) -5-phenyl-1,2,4-triazole (TAZ), oxazole derivatives, 2- (4- (4- Oxaziazole derivatives such as biphenyl) -5- (4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazole) (PBD), 2,2', 2''-(1,3,5-) Imidazole derivatives such as benzyl) -tris (1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBI), aromatic ring tetracarboxylic acid anhydrides such as naphthalene and perylene, bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzothiazolate] Various metal complexes typified by zinc (Zn (BTZ) 2 ), tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3), etc., 2,5-bis (6'-(2', 2''-bipyridyl)) Examples thereof include organic silane derivatives typified by syrol derivatives such as -1,1-dimethyl-3,4-diphenylsilol (PyPySPyPy), and one or more of these can be used.
Among these, a metal complex such as Alq 3 and a pyridine derivative such as TmPyPhB are preferable.

本発明の有機電界発光素子が、正孔輸送層を有する場合、正孔輸送層として用いる正孔輸送性有機材料には、各種p型の高分子材料や、各種p型の低分子材料を単独または組み合わせて用いることができる。
p型の高分子材料(有機ポリマー)としては、例えば、ポリアリールアミン、フルオレン−アリールアミン共重合体、フルオレン−ビチオフェン共重合体、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリチニレンビニレン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂またはその誘導体等が挙げられる。
またこれらの化合物は、他の化合物との混合物として用いることもできる。一例として、ポリチオフェンを含有する混合物としては、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン/スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等が挙げられる。
When the organic electroluminescent device of the present invention has a hole transport layer, various p-type polymer materials and various p-type low molecular weight materials are used alone as the hole transport organic material used as the hole transport layer. Alternatively, it can be used in combination.
Examples of the p-type polymer material (organic polymer) include polyarylamine, fluorene-arylamine copolymer, fluorene-bitiophene copolymer, poly (N-vinylcarbazole), polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, and polythiophene. Examples thereof include polyalkylthiophene, polyhexylthiophene, poly (p-phenylene vinylene), polytinylene vinylene, pyrene formaldehyde resin, ethylcarbazole formaldehyde resin or a derivative thereof.
These compounds can also be used as a mixture with other compounds. As an example, the mixture containing polythiophene includes poly (3,4-ethylenedioxythiophene / styrenesulfonic acid) (PEDOT / PSS) and the like.

上記p型の低分子材料としては、例えば、1,1−ビス(4−ジ−パラ−トリアミノフェニル)シクロへキサン、1,1’−ビス(4−ジ−パラ−トリルアミノフェニル)−4−フェニル−シクロヘキサンのようなアリールシクロアルカン系化合物、4,4’,4’’−トリメチルトリフェニルアミン、N,N,N’,N’−テトラフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD1)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(4−メトキシフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD2)、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メトキシフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD3)、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(α−NPD)、TPTEのようなアリールアミン系化合物、N,N,N’,N’−テトラフェニル−パラ−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ(パラ−トリル)−パラ−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ(メタ−トリル)−メタ−フェニレンジアミン(PDA)のようなフェニレンジアミン系化合物、カルバゾール、N−イソプロピルカルバゾール、N−フェニルカルバゾールのようなカルバゾール系化合物、スチルベン、4−ジ−パラ−トリルアミノスチルベンのようなスチルベン系化合物、OZのようなオキサゾール系化合物、トリフェニルメタン、m−MTDATAのようなトリフェニルメタン系化合物、1−フェニル−3−(パラ−ジメチルアミノフェニル)ピラゾリンのようなピラゾリン系化合物、ベンジン(シクロヘキサジエン)系化合物、トリアゾールのようなトリアゾール系化合物、イミダゾールのようなイミダゾール系化合物、1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ジ(4−ジメチルアミノフェニル)−1,3,4−オキサジアゾールのようなオキサジアゾール系化合物、アントラセン、9−(4−ジエチルアミノスチリル)アントラセンのようなアントラセン系化合物、フルオレノン、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、2,7−ビス(2−ヒドロキシ−3−(2−クロロフェニルカルバモイル)−1−ナフチルアゾ)フルオレノンのようなフルオレノン系化合物、ポリアニリンのようなアニリン系化合物、シラン系化合物、1,4−ジチオケト−3,6−ジフェニル−ピロロ−(3,4−c)ピロロピロールのようなピロール系化合物、フローレンのようなフローレン系化合物、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリンのようなポルフィリン系化合物、キナクリドンのようなキナクリドン系化合物、フタロシアニン、銅フタロシアニン、テトラ(t−ブチル)銅フタロシアニン、鉄フタロシアニンのような金属または無金属のフタロシアニン系化合物、銅ナフタロシアニン、バナジルナフタロシアニン、モノクロロガリウムナフタロシアニンのような金属または無金属のナフタロシアニン系化合物、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン、N,N,N’,N’−テトラフェニルベンジジンのようなベンジジン系化合物等が挙げられる。Examples of the p-type low molecular weight material include 1,1-bis (4-di-para-triaminophenyl) cyclohexane and 1,1'-bis (4-di-para-trilaminophenyl)-. Arylcycloalkane compounds such as 4-phenyl-cyclohexane, 4,4', 4''-trimethyltriphenylamine, N, N, N', N'-tetraphenyl-1,1'-biphenyl-4, 4'-diamine, N, N'-diphenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl) -1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (TPD1), N, N'-diphenyl-N , N'-bis (4-methoxyphenyl) -1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (TPD2), N, N, N', N'-tetrakis (4-methoxyphenyl) -1,1 '-Biphenyl-4,4'-diamine (TPD3), N, N'-di (1-naphthyl) -N, N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (α-NPD) ), Arylamine compounds such as TPTE, N, N, N', N'-tetraphenyl-para-phenylenediamine, N, N, N', N'-tetra (para-tolyl) -para-phenylenediamine , N, N, N', N'-tetra (meth-trill) -meth-phenylenediamine (PDA) and other phenylenediamine compounds, carbazole, N-isopropylcarbazole, N-phenylcarbazole and other carbazole compounds. , stilbene, 4-di - para - stilbene compounds such as tolyl aminostilbene, oxazole compounds, such as O x Z, triphenylmethane, triphenylmethane compounds such as m-MTDATA, 1-phenyl-3 -Pyrazoline compounds such as (para-dimethylaminophenyl) pyrazoline, benzine (cyclohexadiene) compounds, triazole compounds such as triazole, imidazole compounds such as imidazole, 1,3,4-oxadiazol, Oxaziazole compounds such as 2,5-di (4-dimethylaminophenyl) -1,3,4-oxadiazole, anthracene, anthracene compounds such as 9- (4-diethylaminostyryl) anthracene, fluorenone , 2,4,7-Trinitro-9-fluorenone, 2,7-bis (2-hydroxy-3- (2-chlorophenylcarbamoyl) -1-naphthylazo) fluorenone compounds such as fluorenone, polyani Aniline compounds such as phosphorus, silane compounds, pyrrol compounds such as 1,4-dithioketo-3,6-diphenyl-pyrrolo- (3,4-c) pyrrolopyrrole, floren compounds such as floren, Porphyrin, metal tetraphenyl Porphyrin-based compounds such as porphyrin, quinacridone-based compounds such as quinacridone, phthalocyanines, copper phthalocyanines, tetra (t-butyl) copper phthalocyanines, metallic or metal-free phthalocyanine compounds such as iron phthalocyanines, copper Metallic or metal-free naphthalocyanine compounds such as naphthalocyanine, vanadyl naphthalocyanine, monochlorogally naphthalocyanine, N, N'-di (naphthalen-1-yl) -N, N'-diphenyl-benzidine, N, N , N', N'-benzidine-based compounds such as tetraphenylbenzidine and the like.

本発明の有機電界発光素子が、電子輸送層や正孔輸送層を有する場合、これらの層の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nmであることが好ましい。より好ましくは、20〜100nmであり、更に好ましくは、40〜100nmである。
電子輸送層や正孔輸送層の平均厚さは、低分子化合物の場合は水晶振動子膜厚計により、高分子化合物の場合は接触式段差計により測定することができる。
When the organic electroluminescent device of the present invention has an electron transport layer and a hole transport layer, the average thickness of these layers is not particularly limited, but is preferably 10 to 150 nm. It is more preferably 20 to 100 nm, and even more preferably 40 to 100 nm.
The average thickness of the electron transport layer and the hole transport layer can be measured by a crystal transducer film thickness meter in the case of a low molecular weight compound and by a contact type step meter in the case of a high molecular weight compound.

本発明の有機電界発光素子は、陰極から発光層までの間、陽極から発光層までの間のいずれか又は両方に金属酸化物層を有することになるが、陰極から発光層までの間との発光層から陽極までの間の両方に金属酸化物層を有することが好ましい。陰極から発光層までの間の金属酸化物層を第1の金属酸化物層、陽極から発光層までの間の金属酸化物層を第2の金属酸化物層とし、本発明の有機電界発光素子の好ましい素子の構成の一例を表すと、陰極、第1の金属酸化物層、窒素含有膜からなる層、発光層、正孔輸送層、第2の金属酸化物層、陽極がこの順に隣接して積層された構成である。なお、窒素含有膜からなる層と、発光層との間に必要に応じて電子輸送層を有していてもよい。金属酸化物層の重要性は、第1の金属酸化物層の方が高く、第2の金属酸化物層は、最低非占有分子軌道の極端に深い有機材料、例えば、HATCNでも置き換える事ができる。 The organic electroluminescent element of the present invention has a metal oxide layer between the cathode and the light emitting layer and / or between the anode and the light emitting layer, but between the cathode and the light emitting layer. It is preferable to have a metal oxide layer both between the light emitting layer and the anode. The metal oxide layer between the cathode and the light emitting layer is used as the first metal oxide layer, and the metal oxide layer between the anode and the light emitting layer is used as the second metal oxide layer. To represent an example of the configuration of the preferred element, the cathode, the first metal oxide layer, the layer composed of the nitrogen-containing film, the light emitting layer, the hole transport layer, the second metal oxide layer, and the anode are adjacent to each other in this order. It is a laminated structure. An electron transport layer may be provided between the layer made of the nitrogen-containing film and the light emitting layer, if necessary. The importance of the metal oxide layer is higher in the first metal oxide layer, and the second metal oxide layer can be replaced with an organic material having an extremely deep minimum unoccupied molecular orbital, for example, HATCN. ..

上記第1の金属酸化物層は、単体の金属酸化物膜の一層からなる層、もしくは、単体又は二種類以上の金属酸化物を積層及び/又は混合した層である半導体もしくは絶縁体積層薄膜の層である。金属酸化物を構成する金属元素としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、インジウム、ガリウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、ケイ素からなる群から選ばれる。これらのうち、積層又は混合金属酸化物層を構成する金属元素の少なくとも一つが、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、ハフニウム、ケイ素、チタン、亜鉛からなる層であることが好ましく、その中でも単体の金属酸化物ならば、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛からなる群から選ばれる金属酸化物を含むことが好ましい。 The first metal oxide layer is a semiconductor or insulator laminated thin film which is a layer composed of one layer of a single metal oxide film, or a layer in which a simple substance or two or more kinds of metal oxides are laminated and / or mixed. It is a layer. Metal elements that make up metal oxides include magnesium, calcium, strontium, barium, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, indium, gallium, iron, cobalt, nickel, and copper. , Zirconium, cadmium, aluminum, silicon. Of these, at least one of the metal elements constituting the laminated or mixed metal oxide layer is preferably a layer composed of magnesium, aluminum, calcium, zirconium, hafnium, silicon, titanium, and zinc, and among them, a single metal. The oxide preferably contains a metal oxide selected from the group consisting of magnesium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, silicon oxide, titanium oxide and zinc oxide.

上記単体又は二種類以上の金属酸化物を積層及び/又は混合した層の例としては、酸化チタン/酸化亜鉛、酸化チタン/酸化マグネシウム、酸化チタン/酸化ジルコニウム、酸化チタン/酸化アルミニウム、酸化チタン/酸化ハフニウム、酸化チタン/酸化ケイ素、酸化亜鉛/酸化マグネシウム、酸化亜鉛/酸化ジルコニウム、酸化亜鉛/酸化ハフニウム、酸化亜鉛/酸化ケイ素、酸化カルシウム/酸化アルミニウムなどの金属酸化物の組合せを積層及び/又は混合したものや、酸化チタン/酸化亜鉛/酸化マグネシウム、酸化チタン/酸化亜鉛/酸化ジルコニウム、酸化チタン/酸化亜鉛/酸化アルミニウム、酸化チタン/酸化亜鉛/酸化ハフニウム、酸化チタン/酸化亜鉛/酸化ケイ素、酸化インジウム/酸化ガリウム/酸化亜鉛などの三種の金属酸化物の組合せを積層及び/又は混合したものなどが挙げられる。これらの中には、特殊な組成として良好な特性を示す酸化物半導体であるIGZOやエレクトライドである12CaO・7Alも含まれる。
これら第1の金属酸化物層は、電子注入層ともいえ、また、電極(陰極)ともいえる。
なお、本発明においては、シート抵抗が100Ω/□より低い物は導電体、シート抵抗が100Ω/□より高い物は半導体または絶縁体として分類される。従って、透明電極として知られているITO(錫ドープ酸化インジウム)、ATO(アンチモンドープ酸化インジウム)、IZO(インジウムドープ酸化亜鉛)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)、FTO(フッ素ドープ酸化インジウム)等の薄膜は、導電性が高く半導体または絶縁体の範疇に含まれないことから本発明の第1の金属酸化物層を構成する一層に該当しない。
Examples of the single layer or a layer in which two or more kinds of metal oxides are laminated and / or mixed are titanium oxide / zinc oxide, titanium oxide / magnesium oxide, titanium oxide / zirconium oxide, titanium oxide / aluminum oxide, titanium oxide / Laminate and / or stack combinations of metal oxides such as hafnium oxide, titanium oxide / silicon oxide, zinc oxide / magnesium oxide, zinc oxide / zirconium oxide, zinc oxide / hafnium oxide, zinc oxide / silicon oxide, calcium oxide / aluminum oxide. Mixed or titanium oxide / zinc oxide / magnesium oxide, titanium oxide / zinc oxide / zirconium oxide, titanium oxide / zinc oxide / aluminum oxide, titanium oxide / zinc oxide / hafnium oxide, titanium oxide / zinc oxide / silicon oxide, Examples thereof include laminated and / or mixed combinations of three types of metal oxides such as indium oxide / gallium oxide / zinc oxide. Among these, a IGZO and electride an oxide semiconductor having good characteristics as a special composition 12CaO · 7Al 2 O 3 are also included.
These first metal oxide layers can be said to be electron injection layers and also electrodes (cathodes).
In the present invention, a material having a sheet resistance lower than 100Ω / □ is classified as a conductor, and a material having a sheet resistance higher than 100Ω / □ is classified as a semiconductor or an insulator. Therefore, ITO (tin-doped indium oxide), ATO (antimon-doped indium oxide), IZO (indium-doped zinc oxide), AZO (aluminum-doped zinc oxide), FTO (fluorine-doped indium oxide), etc., which are known as transparent electrodes, are used. The thin film does not fall under the layer constituting the first metal oxide layer of the present invention because it has high conductivity and is not included in the category of semiconductor or insulator.

上記第2の金属酸化物層を形成する金属酸化物としては、特に制限されないが、酸化バナジウム(V)、酸化モリブテン(MoO)、酸化タングステン(WO)、酸化ルテニウム(RuO)等の1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、酸化バナジウム又は酸化モリブテンを主成分とするものが好ましい。第2の金属酸化物層が酸化バナジウム又は酸化モリブテンを主成分とするものにより構成されると、第2の金属酸化物層が陽極から正孔を注入して発光層又は正孔輸送層へ輸送するという正孔注入層としての機能により優れたものとなる。また、酸化バナジウム又は酸化モリブテンは、それ自体の正孔輸送性が高いため、陽極から発光層又は正孔輸送層への正孔の注入効率が低下するのを好適に防止することもできるという利点がある。より好ましくは、酸化バナジウム及び/又は酸化モリブテンから構成されるものである。The metal oxide forming the second metal oxide layer is not particularly limited, but is limited to vanadium oxide (V 2 O 5 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), and ruthenium oxide (RuO 2 ). ) Etc., or two or more types can be used. Among these, those containing vanadium oxide or molybdenum oxide as a main component are preferable. When the second metal oxide layer is composed mainly of vanadium oxide or molybdenum oxide, the second metal oxide layer injects holes from the anode and transports them to the light emitting layer or the hole transport layer. It becomes more excellent due to its function as a hole injection layer. Further, since vanadium oxide or molybdenum oxide has high hole transporting property itself, it has an advantage that it is possible to preferably prevent a decrease in the injection efficiency of holes from the anode into the light emitting layer or the hole transporting layer. There is. More preferably, it is composed of vanadium oxide and / or molybdenum oxide.

上記第1の金属酸化物層の平均厚さは、1nmから数μm程度まで許容できるが、低電圧で駆動できる有機電界発光素子とする点から、1〜1000nmであることが好ましい。より好ましくは、2〜100nmである。
上記第2の金属酸化物層の平均厚さは、特に限定されないが、1〜1000nmであることが好ましい。より好ましくは、5〜50nmである。
第1の金属酸化物層の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定することができる。
第2の金属酸化物層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
The average thickness of the first metal oxide layer is acceptable from 1 nm to several μm, but is preferably 1 to 1000 nm from the viewpoint of an organic electroluminescent device that can be driven at a low voltage. More preferably, it is 2 to 100 nm.
The average thickness of the second metal oxide layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 1000 nm. More preferably, it is 5 to 50 nm.
The average thickness of the first metal oxide layer can be measured by a stylus type step meter and spectroscopic ellipsometry.
The average thickness of the second metal oxide layer can be measured at the time of film formation with a crystal oscillator film thickness meter.

本発明の有機電界発光素子において、陽極及び陰極としては、公知の導電性材料を適宜用いることができるが、光取り出しのために少なくともいずれか一方は透明であることが好ましい。公知の透明導電性材料の例としてはITO(錫ドープ酸化インジウム)、ATO(アンチモンドープ酸化インジウム)、IZO(インジウムドープ酸化亜鉛)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)、FTO(フッ素ドープ酸化インジウム)などが上げられる。不透明な導電性材料の例としては、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、錫、インジウム、銅、銀、金、白金やこれらの合金などが挙げられる。
陰極としては、この中でも、ITO、IZO、FTOが好ましい。
陽極としては、これらの中でも、Au、Ag、Alが好ましい。
上記のように、一般に陽極に用いられる金属を陰極及び陽極に用いる事ができる事から、上部電極からの光の取り出しを想定する場合(トップエミッション構造の場合)も容易に実現でき、上記電極を種々選んでそれぞれの電極に用いる事ができる。例えば、下部電極としてAl、上部電極にITOなどである。
In the organic electroluminescent device of the present invention, known conductive materials can be appropriately used as the anode and the cathode, but it is preferable that at least one of them is transparent for light extraction. Examples of known transparent conductive materials include ITO (tin-doped indium oxide), ATO (antimon-doped indium oxide), IZO (indium-doped zinc oxide), AZO (aluminum-doped zinc oxide), FTO (fluorine-doped indium oxide), and the like. Is raised. Examples of opaque conductive materials include calcium, magnesium, aluminum, tin, indium, copper, silver, gold, platinum and alloys thereof.
Among these, ITO, IZO, and FTO are preferable as the cathode.
Among these, Au, Ag, and Al are preferable as the anode.
As described above, since the metal generally used for the anode can be used for the cathode and the anode, it is possible to easily realize the case where light is taken out from the upper electrode (in the case of the top emission structure), and the above electrode can be used. It can be selected in various ways and used for each electrode. For example, Al is used as the lower electrode, ITO is used as the upper electrode, and the like.

上記陰極の平均厚さは、特に制限されないが、10〜500nmであることが好ましい。より好ましくは、100〜200nmである。陰極の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定することができる。
上記陽極の平均厚さは、特に限定されないが、10〜1000nmであることが好ましい。より好ましくは、30〜150nmである。また、不透過な材料を用いる場合でも、例えば平均厚さを10〜30nm程度にすることで、トップエミッション型及び透明型の陽極として使用することができる。
陽極の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
The average thickness of the cathode is not particularly limited, but is preferably 10 to 500 nm. More preferably, it is 100 to 200 nm. The average thickness of the cathode can be measured by a stylus profilometer or spectroscopic ellipsometry.
The average thickness of the anode is not particularly limited, but is preferably 10 to 1000 nm. More preferably, it is 30 to 150 nm. Even when an opaque material is used, it can be used as a top emission type or transparent type anode by setting the average thickness to about 10 to 30 nm, for example.
The average thickness of the anode can be measured at the time of film formation with a crystal oscillator film thickness meter.

本発明の有機電界発光素子において、有機化合物から形成される層の成膜方法は特に限定されず、材料の特性に合わせて種々の方法を適宜用いることができるが、溶液にして塗布できる場合はスピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、スリットコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等の各種塗布法を用いて成膜することができる。このうち、膜厚をより制御しやすいという点でスピンコート法やスリットコート法が好ましい。塗布しない場合や溶媒溶解性が低い場合は真空蒸着法や、ESDUS(Evaporative Spray Deposition from Ultra−dilute Solution)法などが好適な例として挙げられる。 In the organic electroluminescent element of the present invention, the method for forming a layer formed of an organic compound is not particularly limited, and various methods can be appropriately used according to the characteristics of the material, but when it can be applied as a solution, it can be applied. Spin coat method, casting method, micro gravure coat method, gravure coat method, bar coat method, roll coat method, wire bar coat method, slit coat method, dip coat method, spray coat method, screen printing method, flexo printing method, offset The film can be formed by using various coating methods such as a printing method and an inkjet printing method. Of these, the spin coating method and the slit coating method are preferable because the film thickness can be more easily controlled. When not coated or when the solvent solubility is low, a vacuum vapor deposition method, an ESDUS (Evaporative Spray Deposition Solution from Ultra-dilution Solution) method and the like can be mentioned as preferable examples.

上記有機化合物から形成される層を、有機化合物溶液を塗布して形成する場合、有機化合物を溶解するために用いる溶媒としては、例えば、硝酸、硫酸、アンモニア、過酸化水素、水、二硫化炭素、四塩化炭素、エチレンカーボネイト等の無機溶媒や、メチルエチルケトン(MEK)、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルイソプロピルケトン(MIPK)、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール(DEG)、グリセリン等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン(THP)、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、ジエチレングリコールエチルエーテル(カルビトール)等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化合物系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル、ギ酸エチル等のエステル系溶媒、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホラン等の硫黄化合物系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系溶媒、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸系溶媒のような各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等が挙げられる。
これらの中でも、溶媒としては、非極性溶媒が好適であり、例えば、キシレン、トルエン、シクロヘキシルベンゼン、ジハイドロベンゾフラン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒等が挙げられ、これらを単独または混合して用いることができる。
When the layer formed from the above organic compound is formed by applying an organic compound solution, the solvent used for dissolving the organic compound is, for example, nitrate, sulfuric acid, ammonia, hydrogen peroxide, water, carbon disulfide. , Inorganic solvents such as carbon tetrachloride, ethylene carbonate, ketone solvents such as methyl ethyl ketone (MEK), acetone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone (MIBK), methyl isopropyl ketone (MICK), cyclohexanone, methanol, ethanol, isopropanol, Alcohol-based solvents such as ethylene glycol, diethylene glycol (DEG), and glycerin, diethyl ether, diisopropyl ether, 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,4-dioxane, tetrahydrofuran (THF), tetrahydropyran (THP), anisole, Ether-based solvents such as diethylene glycol dimethyl ether (digrim) and diethylene glycol ethyl ether (carbitol), cellosolve-based solvents such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, and phenyl cellosolve, aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, pentane, heptane, and cyclohexane, toluene. , Aromatic hydrocarbon solvents such as xylene, benzene, aromatic heterocyclic solvents such as pyridine, pyrazine, furan, pyrrol, thiophene, methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethyl Amid solvents such as acetoamide (DMA), halogen compound solvents such as chlorobenzene, dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane, ester solvents such as ethyl acetate, methyl acetate and ethyl formate, dimethyl sulfoxide (DMSO), sulfolane and the like. Sulfur compound solvent, nitrile solvent such as acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile, various organic solvents such as organic acid solvent such as formic acid, acetic acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, or mixed solvent containing these. Can be mentioned.
Among these, a non-polar solvent is preferable as the solvent, and for example, aromatic hydrocarbon solvents such as xylene, toluene, cyclohexylbenzene, dihydrobenzofuran, trimethylbenzene, and tetramethylbenzene, pyridine, pyrazine, furan, and the like. Examples thereof include aromatic heterocyclic solvent such as pyrrole, thiophene and methylpyrrolidone, and aliphatic hydrocarbon solvent such as hexane, pentane, heptane and cyclohexane, and these can be used alone or in combination.

上記陰極、陽極、及び、酸化物層は、スパッタ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、スプレー熱分解(SPD)法、原子層堆積(ALD)法、気相成膜法、液相成膜法等により形成することができる。陽極、陰極の形成には、金属箔の接合も用いることができる。これらの方法は各層の材料の特性に応じて選択するのが好ましく、層ごとに作製方法が異なっていても良い。第2の金属酸化物層は、これらの中でも、気相製膜法を用いて形成するのがより好ましい。気相製膜法によれば、有機化合物層の表面を壊すことなく清浄にかつ陽極と接触よく形成することができ、その結果、上述したような第2の金属酸化物層を有することによる効果がより顕著なものとなる。 The cathode, anode, and oxide layer are formed by a sputtering method, a vacuum deposition method, a sol-gel method, a spray pyrolysis (SPD) method, an atomic layer deposition (ALD) method, a vapor phase deposition method, a liquid phase film formation method, etc. Can be formed by A metal foil bond can also be used to form the anode and cathode. These methods are preferably selected according to the characteristics of the material of each layer, and the production method may be different for each layer. Among these, the second metal oxide layer is more preferably formed by using a vapor phase film forming method. According to the vapor phase film forming method, the organic compound layer can be formed cleanly and in good contact with the anode without damaging the surface, and as a result, the effect of having the second metal oxide layer as described above is obtained. Becomes more prominent.

本発明の有機電界発光素子の特性をさらに向上させる等の理由から、必要に応じて例えば正孔阻止層、電子阻止層などを有していてもよい。これらの層を形成するための材料としては、これらの層を形成するために通常用いられる材料を用い、また、これらの層を形成するために通常用いられる方法により層を形成することができる。 For the reason of further improving the characteristics of the organic electroluminescent device of the present invention, for example, a hole blocking layer, an electron blocking layer, or the like may be provided, if necessary. As the material for forming these layers, a material usually used for forming these layers can be used, and the layers can be formed by a method usually used for forming these layers.

本発明の有機電界発光素子は、素子を構成する全ての層が有機化合物で構成された有機電界発光素子に比べると厳密な封止は必要ないが、必要であれば封止を施しても良い。封止工程としては、通常の方法を適宜使用できる。例えば、不活性ガス中で封止容器を接着する方法や、有機EL素子の上に直接封止膜を形成する方法などが挙げられる。これらに加えて、水分吸収材を封入する方法を併用してもよい。 The organic electroluminescent device of the present invention does not require strict sealing as compared with an organic electroluminescent device in which all the layers constituting the device are composed of an organic compound, but may be sealed if necessary. .. As the sealing step, a usual method can be appropriately used. For example, a method of adhering a sealing container in an inert gas, a method of forming a sealing film directly on an organic EL element, and the like can be mentioned. In addition to these, a method of encapsulating a water absorbing material may be used in combination.

本発明の有機電界発光素子は、基板上に陰極が隣接して形成される逆構造の有機電界発光素子である。本発明の有機電界発光素子は、基板がある側とは反対側に光を取り出すトップエミッション型のものであってもよく、基板がある側に光を取り出すボトムエミッション型のものであってもよい。
上記基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
また、トップエミッション型の場合には、不透明基板も用いることができ、例えば、アルミナのようなセラミックス材料で構成された基板、ステンレス鋼のような金属基板の表面に酸化膜(絶縁膜)を形成したもの、樹脂材料で構成された基板等も用いることができる。
The organic electroluminescent device of the present invention is an organic electroluminescent device having an inverted structure in which cathodes are formed adjacent to each other on a substrate. The organic electroluminescent device of the present invention may be a top-emission type that extracts light on the side opposite to the side where the substrate is located, or may be a bottom-emission type that extracts light on the side where the substrate is located. ..
Examples of the substrate material include resin materials such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polypropylene, cycloolefin polymer, polyamide, polyether sulfone, polymethylmethacrylate, polycarbonate and polyarylate, and quartz glass and soda glass. Examples include glass materials, and one or more of these can be used.
In the case of the top emission type, an opaque substrate can also be used. For example, an oxide film (insulating film) is formed on the surface of a substrate made of a ceramic material such as alumina or a metal substrate such as stainless steel. A substrate made of a resin material or the like can also be used.

上記基板の平均厚さは、0.1〜30mmであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜10mmである。
基板の平均厚さはデジタルマルチメーター、ノギスにより測定することができる。
The average thickness of the substrate is preferably 0.1 to 30 mm. More preferably, it is 0.1 to 10 mm.
The average thickness of the substrate can be measured with a digital multimeter and calipers.

本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に電圧(通常は15ボルト以下)を印加することによって発光させることができる。通常は直流電圧を印加するが、交流成分が含まれていても良い。
本発明の有機電界発光素子は、有機化合物層の材料を適宜選択することによって発光色を変化させることができるし、カラーフィルター等を併用して所望の発光色を得ることもできる。そのため、表示装置の発光部位や照明装置として好適に用いることができる。特に、逆構造という特性から、酸化物TFTと組み合わせた表示装置が好適である。
このような、本発明の有機電界発光素子を備えることを特徴とする表示装置や、本発明の有機電界発光素子を備えることを特徴とする照明装置もまた、本発明の1つである。
The organic electroluminescent device of the present invention can emit light by applying a voltage (usually 15 volts or less) between the anode and the cathode. Normally, a DC voltage is applied, but an AC component may be included.
The organic electroluminescent element of the present invention can change the emission color by appropriately selecting the material of the organic compound layer, and can also obtain a desired emission color by using a color filter or the like in combination. Therefore, it can be suitably used as a light emitting part of a display device or a lighting device. In particular, a display device combined with an oxide TFT is suitable because of its reverse structure.
Such a display device characterized by including the organic electroluminescent element of the present invention and a lighting device characterized by including the organic electroluminescent element of the present invention are also one of the present inventions.

本発明の有機電界発光素子は、上述したとおり、金属酸化物層上に窒素含有膜からなる層を有することで、電子注入特性が向上して発光効率に優れるとともに、素子の駆動安定性及び素子寿命にも優れたものとなる。このような電子注入特性向上の効果は、有機電界発光素子に限らず、太陽電池や有機半導体等の他の光電子デバイスにおいても、性能向上に寄与する有益なものである。 As described above, the organic electroluminescent device of the present invention has a layer made of a nitrogen-containing film on the metal oxide layer, so that the electron injection characteristics are improved and the luminous efficiency is excellent, and the drive stability of the device and the device are excellent. It also has an excellent life. Such an effect of improving the electron injection characteristics is beneficial not only for organic electroluminescent devices but also for other optoelectronic devices such as solar cells and organic semiconductors, which contributes to performance improvement.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Unless otherwise specified, "part" means "part by weight" and "%" means "mass%".

窒素含有膜の膜厚測定は、以下の方法により行った。
窒素含有膜の膜厚は極薄膜であることから、通常の接触式段差計などの測定方法では計測が難しく、X線光電子分光を用いた算出方法を用いた。本算出方法は、ケトゥル シー ポパット(Ketul C Popat)外2名「ジャーナルオブ フィジカル ケミストリー ビー(Journal of Physical Chemistry B)」108巻、2004年、pp5185でも用いられており、確立した方法である。ここでは、窒素含有膜の膜厚計算には以下の式(1)を用いた。(丸善株式会社「X線光電子分光」)
The film thickness of the nitrogen-containing film was measured by the following method.
Since the film thickness of the nitrogen-containing film is an extremely thin film, it is difficult to measure it by a measuring method such as a normal contact-type profilometer, and a calculation method using X-ray photoelectron spectroscopy was used. This calculation method was also used and established in "Journal of Physical Chemistry B", Vol. 108, 2004, pp5185, by two people other than Ketul C Popat. Here, the following formula (1) was used to calculate the film thickness of the nitrogen-containing film. (Maruzen Co., Ltd. "X-ray photoelectron spectroscopy")

Figure 2019059178
Figure 2019059178

なお、Iは未知試料の窒素1s軌道強度、I は製膜に用いた窒素含有物から成る標準試料の窒素1s軌道強度、Xはモル分率、Z’は試料表面からの深さ、λは元素iの着目する光電子の脱出深さ、λi,iは非弾性平均自由工程、Z−Zは膜厚とする。
X線光電分光測定に関しては、島津クレイトス社製(AXIS−NOVA)の光電子分光測定装置を用いて、次の条件にて行った。
X線源:AlKα
ビーム出力:100W
PassEnergy:40eV
Step:0.1eV
I i is the nitrogen 1s orbital strength of the unknown sample, I i 0 is the nitrogen 1s orbital strength of the standard sample consisting of the nitrogen-containing material used for film formation, X i is the mole fraction, and Z'is the depth from the sample surface. Let λ i be the escape depth of the photoelectron of interest for the element i, λ i and i be the inelastic average free process, and Z 1 −Z be the film thickness.
The X-ray photoelectric spectroscopic measurement was carried out under the following conditions using a photoelectron spectroscopic measurement device manufactured by Shimadzu Kratos (AXIS-NOVA).
X-ray source: AlKα
Beam output: 100W
PassEnergy: 40eV
Step: 0.1eV

(有機電界発光素子の作製及び特性評価)
(実施例1)
[1]市販されている平均厚さ0.7mmのITO電極層付き透明ガラス基板1を用意した。この時、基板のITO電極2は幅2mmにパターニングされているものを用いた。この基板を超純水ですすいだ後、クリーンエースの希釈液中で5分間×2回超音波洗浄した。その後超純水中で5分間×2回超音波洗浄し、アセトン中、イソプロパノール中でそれぞれ10分間超音波洗浄後、イソプロパノール中 で5分間煮沸した。この基板をイソプロパノール中から取り出し、窒素ブローにより乾燥させ、UVオゾン洗浄を20分行った。
[2]この基板を、亜鉛金属ターゲットを持つミラトロンスパッタ装置の基板ホルダーに再度固定した。約5×10−5Paまで減圧した後、アルゴンと酸素を導入した状態でスパッタし、第1の金属酸化物層3として、膜厚約2nmの酸化亜鉛層を作成した。
この時にメタルマスクを併用して、電極取り出しのためITO電極の一部は酸化亜鉛が成膜されないようにした。
[3]この基板を超純水中で15分間超音波洗浄後、アセトン中、イソプロパノール中でそれぞれ5分間超音波洗浄し、イソプロパノール中で5分間煮沸した。この基板をイソプロパノール中から取り出し、窒素ブローにより乾燥させ、UVオゾン洗浄を20分行った。
[4]UVオゾン洗浄後の基板を窒素ブローにより除塵し、1質量%の酢酸マグネシウム溶液を1300rpm、60秒の条件でスピンコートした。その後、150℃のホットプレート上で1時間アニールを行った。
[5]アニール後の基板を超純水にてリンスし、150℃のホットプレート上で30分間アニールを行った。
[6]次に窒素含有膜の層4を形成するため、日本触媒社製ポリエチレンイミン(登録商標:エポミン)をエタノールにより0.1質量%に希釈したものを2000rpm、30秒の条件でスピンコートした。ここで用いたエポミンは重量平均分子量70000のP1000(分岐状構造)であった。
[7][6]で作製された薄膜(基板)を、大気下ホットプレート上で150℃、10分間のアニールを行った。
[8]次に、[7]の処理を行った基板を真空装置に導入し、5×10−5Pa以下まで減圧する。電子輸送層としてKHLHS−01を15nm真空蒸着法により積層した後、125℃で20分間アニールした。再度基板を真空装置に導入し、5×10−5Pa以下まで減圧した後、発光層としてα−NPD:KHLHS−04:KHLDR−03を、正孔輸送層としてα−NPDをそれぞれ順番に30nm、24nm真空蒸着法により積層した。
[9]次に、有機化合物層5の上に、第2の金属酸化物層6を形成した。ここでは、酸化モリブデンを10nm気相製膜法である真空蒸着法により形成した。
[10]次に、最終工程として第2の金属酸化物層6上に陽極7を形成した。ここでは、アルミニウムを100nm真空蒸着法により製膜した。
以上の工程[1]〜[10]により、有機電界発光素子1を作製した。
[11]下記<有機電界発光素子の発光特性測定>および<有機電界発光素子の寿命特性測定>により、有機電界発光素子1の特性(電圧−輝度特性、定電流密度下(1000cd/m相当)での輝度および電圧の経時変化)を評価した。結果を図2に示した。
<有機電界発光素子の発光特性測定>
ケースレー社製の「2400型ソースメーター」により、素子への電圧印加と、電流測定を行った。トプコン社製の「BM−7」により、発光輝度を測定した。測定はアルゴン雰囲気下で行った。
<有機電界発光素子の寿命特性測定>
システム技研社製の「有機EL寿命測定装置」により、素子への電圧印加と、相対輝度測定を行った。この装置では素子に一定電流が流れるように電圧を自動的に調整しながら、フォトダイオードによる相対輝度測定が行える。測定開始時の輝度が1000cd/mになるように素子ごとに電流値を設定した。
(Manufacturing and characterization of organic electroluminescent devices)
(Example 1)
[1] A commercially available transparent glass substrate 1 with an ITO electrode layer having an average thickness of 0.7 mm was prepared. At this time, the ITO electrode 2 of the substrate used was patterned with a width of 2 mm. After rinsing this substrate with ultrapure water, it was ultrasonically cleaned twice for 5 minutes in a diluted solution of Clean Ace. Then, it was ultrasonically cleaned in ultrapure water for 5 minutes x 2 times, ultrasonically cleaned in acetone and isopropanol for 10 minutes each, and then boiled in isopropanol for 5 minutes. This substrate was taken out of isopropanol, dried by nitrogen blow, and UV ozone washed for 20 minutes.
[2] This substrate was fixed again to the substrate holder of the Miratron sputtering apparatus having a zinc metal target. After reducing the pressure to about 5 × 10 −5 Pa, the mixture was sputtered with argon and oxygen introduced to prepare a zinc oxide layer having a film thickness of about 2 nm as the first metal oxide layer 3.
At this time, a metal mask was also used to prevent zinc oxide from being formed on a part of the ITO electrode in order to take out the electrode.
[3] This substrate was ultrasonically cleaned in ultrapure water for 15 minutes, then ultrasonically cleaned in acetone and isopropanol for 5 minutes, and boiled in isopropanol for 5 minutes. This substrate was taken out of isopropanol, dried by nitrogen blow, and UV ozone washed for 20 minutes.
[4] The substrate after UV ozone cleaning was dust-removed by nitrogen blowing, and a 1% by mass magnesium acetate solution was spin-coated at 1300 rpm for 60 seconds. Then, annealing was performed on a hot plate at 150 ° C. for 1 hour.
[5] The annealed substrate was rinsed with ultrapure water and annealed on a hot plate at 150 ° C. for 30 minutes.
[6] Next, in order to form the layer 4 of the nitrogen-containing film, polyethyleneimine (registered trademark: Epomin) manufactured by Nippon Catalyst Co., Ltd. diluted to 0.1% by mass with ethanol was spin-coated at 2000 rpm for 30 seconds. did. The epomin used here was P1000 (branched structure) having a weight average molecular weight of 70,000.
[7] The thin film (substrate) produced in [6] was annealed on a hot plate in the atmosphere at 150 ° C. for 10 minutes.
[8] Next, the substrate subjected to the treatment of [7] is introduced into the vacuum apparatus, and the pressure is reduced to 5 × 10 -5 Pa or less. KHLHS-01 was laminated as an electron transport layer by a 15 nm vacuum deposition method, and then annealed at 125 ° C. for 20 minutes. After the substrate was introduced into the vacuum apparatus again and the pressure was reduced to 5 × 10-5 Pa or less, α-NPD: KHLHS-04: KHLDR-03 was used as the light emitting layer, and α-NPD was used as the hole transport layer at 30 nm in order. , 24 nm vacuum deposition method.
[9] Next, a second metal oxide layer 6 was formed on the organic compound layer 5. Here, molybdenum oxide was formed by a vacuum vapor deposition method, which is a 10 nm vapor phase film forming method.
[10] Next, as a final step, the anode 7 was formed on the second metal oxide layer 6. Here, aluminum was formed into a film by a 100 nm vacuum deposition method.
The organic electroluminescent device 1 was produced by the above steps [1] to [10].
[11] According to the following <Measurement of light emission characteristics of organic electroluminescent element> and <Measurement of life characteristics of organic electroluminescent element>, the characteristics of the organic electroluminescent element 1 (voltage-luminance characteristic, under constant current density (equivalent to 1000 cd / m 2)). ) Changes in brightness and voltage over time) were evaluated. The results are shown in FIG.
<Measurement of light emission characteristics of organic electroluminescent device>
A voltage was applied to the element and a current was measured by a "2400 type source meter" manufactured by Keithley. The emission brightness was measured by "BM-7" manufactured by Topcon. The measurement was performed in an argon atmosphere.
<Measurement of life characteristics of organic electroluminescent device>
A voltage was applied to the element and the relative brightness was measured by an "organic EL life measuring device" manufactured by System Giken. In this device, the relative brightness can be measured by a photodiode while automatically adjusting the voltage so that a constant current flows through the element. The current value was set for each element so that the brightness at the start of measurement was 1000 cd / m 2 .

(実施例2)
実施例1の工程[7]を以下の[7−2]に変更した以外は同様にして有機電界発光素子2を作製し、特性評価を行った。結果を図3に示した。
[7−2][6]で作製された薄膜(基板)を、窒素下ホットプレート上で150℃、10分間のアニールを行った。
(Example 2)
The organic electroluminescent device 2 was produced in the same manner except that the step [7] of Example 1 was changed to the following [7-2], and the characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[7-2] The thin film (substrate) produced in [6] was annealed on a hot plate under nitrogen at 150 ° C. for 10 minutes.

(実施例3)
実施例1の工程[7]を省略した以外は同様にして有機電界発光素子3を作製し、特性評価を行った。結果を図4に示した。
(Example 3)
An organic electroluminescent device 3 was produced in the same manner except that step [7] of Example 1 was omitted, and its characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.

(比較例1)
実施例1の工程[6]を以下の[6−2]に、工程[11]を以下の[11−2]に変更した以外は同様にして比較有機電界発光素子1を作製し、特性評価を行った。結果を図5に示した。
[6−2]次に窒素含有膜の層4を形成するため、日本触媒社製ポリエチレンイミン(登録商標:エポミン)をエタノールにより0.4質量%に希釈したものを2000rpm、30秒の条件でスピンコートした。ここで用いたエポミンは分子量70000のP1000であった。
[11−2]下記<有機電界発光素子の発光特性測定>により有機電界発光素子特性(電圧−輝度特性)を測定した。
<有機電界発光素子の発光特性測定>
ケースレー社製の「2400型ソースメーター」により、素子への電圧印加と、電流測定を行った。トプコン社製の「BM−7」により、発光輝度を測定した。測定はアルゴン雰囲気下で行った。
(Comparative Example 1)
The comparative organic electroluminescent device 1 was produced in the same manner except that the step [6] of the first embodiment was changed to the following [6-2] and the step [11] was changed to the following [11-2], and the characteristics were evaluated. Was done. The results are shown in FIG.
[6-2] Next, in order to form the layer 4 of the nitrogen-containing film, polyethyleneimine (registered trademark: Epomin) manufactured by Nippon Catalyst Co., Ltd. diluted to 0.4% by mass with ethanol was diluted at 2000 rpm for 30 seconds. Spin coated. The epomin used here was P1000 having a molecular weight of 70,000.
[11-2] The organic electroluminescent device characteristics (voltage-luminance characteristic) were measured by the following <Measurement of light emitting characteristics of the organic electroluminescent device>.
<Measurement of light emission characteristics of organic electroluminescent device>
A voltage was applied to the element and a current was measured by a "2400 type source meter" manufactured by Keithley. The emission brightness was measured by "BM-7" manufactured by Topcon. The measurement was performed in an argon atmosphere.

(実施例4)
実施例1の工程[6]を以下の[6−3]に変更した以外は同様にして有機電界発光素子4を作製し、特性評価を行った。結果を図6に示した。
[6−3]次に窒素含有膜の層4を形成するため、日本触媒社製ポリエチレンイミン(登録商標:エポミン)をエタノールにより0.1質量%に希釈したものを2000rpm、30秒の条件でスピンコートした。ここで用いたエポミンは分子量70000のP1000であった。スピンコート後の基板をエタノールでリンスした。
(Example 4)
The organic electroluminescent device 4 was produced in the same manner except that the step [6] of Example 1 was changed to the following [6-3], and the characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[6-3] Next, in order to form the layer 4 of the nitrogen-containing film, polyethyleneimine (registered trademark: Epomin) manufactured by Nippon Catalyst Co., Ltd. diluted to 0.1% by mass with ethanol was diluted at 2000 rpm for 30 seconds. Spin coated. The epomin used here was P1000 having a molecular weight of 70,000. The substrate after spin coating was rinsed with ethanol.

(実施例5)
実施例1の工程[6]を以下の[6−4]に変更した以外は同様にして有機電界発光素子5を作製し、特性評価を行った。結果を図7に示した。
[6−4]次に窒素含有膜の層4を形成するため、日本触媒社製ポリエチレンイミン(登録商標:エポミン)をエタノールにより0.1質量%に希釈したものを2000rpm、30秒の条件でスピンコートした。ここで用いたエポミンは重量平均分子量600のSP006(分岐状構造)であった。スピンコート後の基板をエタノールでリンスした。
(Example 5)
The organic electroluminescent device 5 was produced in the same manner except that the step [6] of Example 1 was changed to the following [6-4], and the characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[6-4] Next, in order to form the layer 4 of the nitrogen-containing film, polyethyleneimine (registered trademark: Epomin) manufactured by Nippon Catalyst Co., Ltd. diluted to 0.1% by mass with ethanol was diluted at 2000 rpm for 30 seconds. Spin coated. The epomin used here was SP006 (branched structure) having a weight average molecular weight of 600. The substrate after spin coating was rinsed with ethanol.

(実施例6)
実施例1の工程[6]を以下の[6−5]に変更した以外は同様にして有機電界発光素子6を作製し、特性評価を行った。結果を図8に示した。
[6−5]次に窒素含有膜の層4を形成するため、重量平均分子量11000の直鎖状ポリエチレンイミンをエタノールにより0.1質量%に希釈したものを3000rpm、30秒の条件でスピンコートした。スピンコート後の基板をエタノールでリンスした。
(Example 6)
An organic electroluminescent device 6 was produced in the same manner except that the step [6] of Example 1 was changed to the following [6-5], and the characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[6-5] Next, in order to form the layer 4 of the nitrogen-containing film, linear polyethyleneimine having a weight average molecular weight of 11000 diluted to 0.1% by mass with ethanol was spin-coated at 3000 rpm for 30 seconds. did. The substrate after spin coating was rinsed with ethanol.

(実施例7)
実施例1の工程[6]を以下の[6−6]に、工程[11]を上記[11−2]に変更し、工程[7]を省略した以外は同様にして有機電界発光素子7を作製し、特性評価を行った。結果を図9に示した。
[6−6]次に窒素含有膜の層4を形成するため、基板をジエチレントリアミンの蒸気に0.5時間さらした。
(Example 7)
The organic electroluminescent device 7 is similarly changed except that the step [6] of the first embodiment is changed to the following [6-6], the step [11] is changed to the above [11-2], and the step [7] is omitted. Was prepared and its characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[6-6] Next, the substrate was exposed to the vapor of diethylenetriamine for 0.5 hours in order to form the layer 4 of the nitrogen-containing film.

(実施例8)
実施例1の工程[6]を以下の[6−7]に、工程[11]を上記[11−2]に変更し、工程[7]を省略した以外は同様にして有機電界発光素子8を作製し、特性評価を行った。結果を図9に示した。
[6−7]次に窒素含有膜の層4を形成するため、基板をジエチレントリアミンの蒸気に4時間さらした。
(Example 8)
The organic electroluminescent device 8 is similarly changed except that the step [6] of the first embodiment is changed to the following [6-7], the step [11] is changed to the above [11-2], and the step [7] is omitted. Was prepared and its characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[6-7] Next, the substrate was exposed to the vapor of diethylenetriamine for 4 hours in order to form the layer 4 of the nitrogen-containing film.

(比較例2)
実施例1の工程[6][7]を省略し、工程[11]を上記[11−2]に変更した以外は同様にして比較有機電界発光素子2を作製し、特性評価を行った。結果を図9に示した。
(Comparative Example 2)
The comparative organic electroluminescent device 2 was produced in the same manner except that the steps [6] and [7] of the first embodiment were omitted and the step [11] was changed to the above [11-2], and the characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.

(比較例3)
実施例1の工程[6]を以下の[6−8]に変更し、工程[7]を省略し、工程[11]を上記[11−2]に変更した以外は同様にして比較有機電界発光素子3を作製し、特性評価を行った。結果を図9に示した。
[6−8]次に窒素含有膜の層4を形成するため、基板をジエチレントリアミンの蒸気に24時間さらした。
(Comparative Example 3)
The comparative organic electric field is similarly changed except that the step [6] of the first embodiment is changed to the following [6-8], the step [7] is omitted, and the step [11] is changed to the above [11-2]. The light emitting element 3 was manufactured and its characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[6-8] The substrate was then exposed to the vapor of diethylenetriamine for 24 hours to form layer 4 of the nitrogen-containing film.

(実施例9)
実施例1の工程[6]を以下の[6−9]に変更し、工程[7]を省略し、工程[11]を上記[11−2]に変更した以外は同様にして有機電界発光素子9を作製し、特性評価を行った。結果を図10に示した。
[6−9]次に窒素含有膜の層4を形成するため、ペンタメチルジエチレントリアミンをエタノールにより1.0質量%に希釈したものを2000rpm、30秒の条件でスピンコートした。
(Example 9)
The organic electroluminescence is carried out in the same manner except that the step [6] of the first embodiment is changed to the following [6-9], the step [7] is omitted, and the step [11] is changed to the above [11-2]. The element 9 was manufactured and its characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[6-9] Next, in order to form layer 4 of the nitrogen-containing film, pentamethyldiethylenetriamine diluted to 1.0% by mass with ethanol was spin-coated at 2000 rpm for 30 seconds.

(実施例10)
実施例1の工程[7]を以下の[7−3]に変更した以外は同様にして有機電界発光素子10を作製し、特性評価を行った。結果を図12に示した。
[7−3][6]で作製された薄膜(基板)を、大気下ホットプレート上で150℃、2時間のアニールを行った。
(Example 10)
The organic electroluminescent device 10 was produced in the same manner except that the step [7] of Example 1 was changed to the following [7-3], and the characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[7-3] The thin film (substrate) produced in [6] was annealed on a hot plate in the atmosphere at 150 ° C. for 2 hours.

(実施例11)
実施例1の工程[7]を以下の[7−4]に変更した以外は同様にして有機電界発光素子11を作製し、特性評価を行った。結果を図12に示した。
[7−4][6]で作製された薄膜(基板)を、窒素下ホットプレート上で150℃、2時間のアニールを行った。
(Example 11)
The organic electroluminescent device 11 was produced in the same manner except that the step [7] of Example 1 was changed to the following [7-4], and the characteristics were evaluated. The results are shown in FIG.
[7-4] The thin film (substrate) prepared in [6] was annealed on a hot plate under nitrogen at 150 ° C. for 2 hours.

図2〜図4の結果について、以下に説明する。
これらは窒素含有膜製膜後のアニール条件が異なる素子の特性評価結果であり、図2(素子1)は大気下、図3(素子2)は窒素下、図4(素子3)はアニール工程無しの素子の結果である。それぞれ、低電圧から発光し始め、十分な輝度を実現できている。同時に、相応の寿命も実現できていることが明らかになった。また、それぞれの窒素含有膜の膜厚は、1.77、2.13、2.28nmといずれも3nm未満の薄膜であることがわかっており、3nm未満の薄膜で高性能な有機電界発光素子が実現できていることがわかる。
これらの膜厚の違いは、アニールによる膜厚現象によるものと考えられる。大気下での膜厚の大きな減少は、大気中の酸素と反応することによるものと推測される。また、窒素下でのアニールによる膜厚減少は、残留溶媒の除去ならびに加温によるポリエチレンイミンの再配列がもたらす容積減少が想像される。故に、膜厚は薄い方から、大気下、窒素下、アニール無しの順になったと考えられる。また、わずかながら、大気下の膜厚のバラツキが大きいのは、反応を伴うためと推察される。
素子1〜3は、いずれもある一定の特性以上ではあるものの、その中でも特性に優劣はあり、例えば、ある電圧下での輝度、定電流駆動での素子寿命の観点からは、大気下、そして窒素下アニールとアニール無しが同等で高特性という順になっている。
The results of FIGS. 2 to 4 will be described below.
These are the characteristics evaluation results of devices with different annealing conditions after forming a nitrogen-containing film. FIG. 2 (element 1) is under the atmosphere, FIG. 3 (element 2) is under nitrogen, and FIG. 4 (element 3) is an annealing step. It is the result of the element without. Each of them starts emitting light from a low voltage and has achieved sufficient brightness. At the same time, it became clear that a reasonable life was achieved. Further, it is known that the film thicknesses of the respective nitrogen-containing films are 1.77, 2.13, and 2.28 nm, which are all thin films of less than 3 nm, and the thin films of less than 3 nm are high-performance organic electroluminescent devices. Can be seen that has been realized.
These differences in film thickness are considered to be due to the film thickness phenomenon due to annealing. It is presumed that the large decrease in film thickness in the atmosphere is due to the reaction with oxygen in the atmosphere. In addition, it is conceivable that the film thickness decrease due to annealing under nitrogen is caused by the removal of residual solvent and the rearrangement of polyethyleneimine due to heating. Therefore, it is considered that the film thickness was in the order of air, nitrogen, and no annealing in order from the thinnest. In addition, it is presumed that the slight variation in film thickness under the atmosphere is due to the reaction.
Although the elements 1 to 3 have certain characteristics or more, the characteristics are superior or inferior among them. For example, from the viewpoint of brightness under a certain voltage and element life under constant current drive, in the atmosphere and Annealing under nitrogen and no annealing are equivalent and have high characteristics.

次に、図5、6の結果を説明する。
図5は、図3(素子2)と同じ窒素含有膜作製の最適条件下で膜厚のみ4.50nmと厚くした、本発明の有機電界発光素子に該当しない素子(比較素子1)の結果である。発光閾値電圧が、0.5Vほど上昇し、6Vでの発光輝度は、3000cd/mほど減少していることがわかる。
図6は、逆に窒素含有膜のより薄いところを最適条件下で検討した結果である。膜厚は1.76nmと大気下でのアニールと同等程度に薄膜化できている一方、上記輝度、寿命といった特性は、図2〜図5のどの例よりも高特性であることがわかる。
これらの結果から、3nm以下であれば十分に高特性の有機電界発光素子が得られるものの、その中でも、より薄膜の領域でかつ窒素下でのアニールが適していることが示された。
Next, the results of FIGS. 5 and 6 will be described.
FIG. 5 shows the results of an element (comparative element 1) that does not correspond to the organic electroluminescent device of the present invention, in which only the film thickness was increased to 4.50 nm under the same optimum conditions for producing a nitrogen-containing film as in FIG. 3 (element 2). is there. It can be seen that the emission threshold voltage increases by about 0.5 V and the emission brightness at 6 V decreases by about 3000 cd / m 2 .
On the contrary, FIG. 6 shows the result of examining the thinner part of the nitrogen-containing film under the optimum conditions. It can be seen that the film thickness is 1.76 nm, which is as thin as annealing in the atmosphere, while the characteristics such as brightness and life are higher than those of any of FIGS. 2 to 5.
From these results, it was shown that although an organic electroluminescent device having sufficiently high characteristics can be obtained at 3 nm or less, annealing in a thinner region and under nitrogen is particularly suitable.

次に、図7と8の結果を説明する。
それぞれ重量平均分子量600の分岐上構造を持ったポリエチレンイミンと重量平均分子量11000の直鎖状構造を持ったポリエチレンイミンである。いずれも良好なEL特性を示すことがわかる。
Next, the results of FIGS. 7 and 8 will be described.
Polyethyleneimine having a branched structure having a weight average molecular weight of 600 and polyethyleneimine having a linear structure having a weight average molecular weight of 11000, respectively. It can be seen that all of them show good EL characteristics.

次に、図9の結果を説明する。
図9は、ポリエチレンイミンの部分ユニットを切り出したモデル物質として、ジエチレントリアミンを製膜した素子7、8、比較素子3及び窒素含有膜を製膜しなかった比較素子2の測定結果である。製膜手法として、ここでは蒸気に晒す手法を用いた。もちろんこれに限定されることはなく、塗布膜作製で用いられるスピンコートなどの一般的な製膜手法を用いることができる。蒸気に晒す場合はその時間で膜厚を制御できる。0.5時間蒸気にさらしたもの(素子7)は、1.60nmであり、4時間蒸気にさらしたもの(素子8)は、1.82nmであり、24時間蒸気にさらしたもの(比較素子3)は、7.17nmであった。ちなみに、処理をしなかったもの(比較素子2)は0.04nmと観測されており、精度よく計測できていることが示されている。ポリエチレンイミンのスピンコート製膜でも良好であった1nm台が本材料でも良好な特性を示した。発光閾値電圧は、0.5時間の暴露がより良好なものの、6V下での輝度は、4時間の暴露の方が良好であった。この違いは膜構造の違いから来るものと推測している。一方、24時間暴露の素子は、処理なしの素子と比較しても発光閾値電圧および6V下での輝度の両面において劣っている。ここでも3nm以下の膜厚が良好であることが示された。
Next, the result of FIG. 9 will be described.
FIG. 9 shows the measurement results of the elements 7 and 8 in which the diethylenetriamine film was formed, the comparison element 3 and the comparison element 2 in which the nitrogen-containing film was not formed as the model substance obtained by cutting out the partial unit of polyethyleneimine. As a film-forming method, a method of exposing to steam was used here. Of course, the present invention is not limited to this, and a general film forming method such as spin coating used for producing a coating film can be used. When exposed to steam, the film thickness can be controlled by that time. The one exposed to steam for 0.5 hours (element 7) was 1.60 nm, the one exposed to steam for 4 hours (element 8) was 1.82 nm, and the one exposed to steam for 24 hours (comparative element). 3) was 7.17 nm. By the way, the untreated one (comparative element 2) was observed to be 0.04 nm, indicating that it can be measured with high accuracy. The 1 nm range, which was good even with the spin coating of polyethyleneimine, showed good characteristics with this material. The emission threshold voltage was better for 0.5 hours of exposure, but the brightness at 6 V was better for 4 hours of exposure. It is speculated that this difference comes from the difference in membrane structure. On the other hand, the device exposed for 24 hours is inferior in both the emission threshold voltage and the brightness under 6 V as compared with the device without treatment. Again, it was shown that the film thickness of 3 nm or less was good.

次に、図10の結果を説明する。
図10は、窒素含有膜を形成するモデル物資を3級アミンのみで構成したペンタメチルジエチレントリアミンに変更して、スピンコート製膜により作製した素子9の特性評価結果である。膜厚は、0.16nmと極端に薄いものの、処理なしの素子(比較素子2)と比較して、特性向上が実現できていることが証明されている。このことから、1nm未満の極端に薄い領域でも特性向上が期待できることが明らかとなった。
Next, the result of FIG. 10 will be described.
FIG. 10 shows the characteristic evaluation results of the device 9 produced by spin-coating by changing the model material forming the nitrogen-containing film to pentamethyldiethylenetriamine composed of only tertiary amines. Although the film thickness is extremely thin at 0.16 nm, it has been proved that the characteristics can be improved as compared with the element without treatment (comparative element 2). From this, it was clarified that the characteristics can be expected to be improved even in an extremely thin region of less than 1 nm.

最後に、図11、12の結果を説明する。
図11は、実施例2および3の素子2および素子3をそれぞれ3つずつ作製して5V下での輝度を測定し、特性のばらつきを比較したものである。窒素下でのアニールの結果が、アニール無しの結果に比べて似通った値になっていることがわかる。このことは、アニールがバラツキを低減する効果があることを示唆していると考えられる。つまり、アニールによりプロセス安定性が向上していることがわかる。このことは、アニールによる再配列の効果と推察される。
図12は、プロセス安定性の高いアニールの環境依存について検討した結果である。大気下と窒素下それぞれの環境において、10分間のアニールを行った素子1、素子2と2時間のアニールを行った素子10、素子11をそれぞれ図12の欄外に記載の数作製し、5V下での輝度を比較したものである。長時間のアニールがどの環境においても良好でないことがわかる。しかしながら、大気下でのアニールのほうが大きく劣化しており、ほぼ発光しない程度にまで劣化している。その点、窒素下でのアニールでは、輝度減少はあるものの、まだ十分な輝度が発現できている。
図11および図12から窒素下でのアニールはプロセス安定性に優れているといえる。
Finally, the results of FIGS. 11 and 12 will be described.
In FIG. 11, three elements 2 and three elements 3 of Examples 2 and 3 are manufactured, the brightness under 5 V is measured, and the variation in characteristics is compared. It can be seen that the results of annealing under nitrogen are similar to the results without annealing. This is considered to suggest that annealing has the effect of reducing variation. That is, it can be seen that the process stability is improved by annealing. This is presumed to be the effect of rearrangement due to annealing.
FIG. 12 shows the results of examining the environment dependence of annealing with high process stability. In each of the environments under the atmosphere and nitrogen, the number of the element 1 which was annealed for 10 minutes, the element 2 and the element 10 and the element 11 which were annealed for 2 hours were produced as shown in the margin of FIG. 12, and under 5 V. It is a comparison of the brightness in. It can be seen that long-term annealing is not good in any environment. However, annealing in the atmosphere has deteriorated more, and has deteriorated to the extent that it hardly emits light. In that respect, annealing under nitrogen still produces sufficient brightness, although the brightness is reduced.
From FIGS. 11 and 12, it can be said that annealing under nitrogen is excellent in process stability.

以上のことから、ポリエチレンイミン骨格を有する低分子から高分子の材料において、0.1nmから3nm未満の薄膜領域で良好な特性を示すことが示された。
また、その中でもより薄膜が良好なこと、製膜プロセスは一般的な塗布プロセスはもちろん、それ以外の例えば気相製膜である蒸気に晒す方法などでも良好な特性を得ることが可能であることが明らかとなった。その後のプロセスとして窒素下でのアニールがプロセス安定性においても良好であることを見出した。
From the above, it was shown that the low molecular weight to high molecular weight material having a polyethyleneimine skeleton exhibits good properties in a thin film region of 0.1 nm to less than 3 nm.
In addition, among them, the thinner film is better, and the film-forming process can obtain good characteristics not only by a general coating process but also by other methods such as exposure to steam, which is a vapor-phase film-forming process. Became clear. As a subsequent process, it was found that annealing under nitrogen is also good in process stability.

1:基板
2:陰極
3:第1の金属酸化物層
4:窒素含有膜の層
5:有機化合物層
6:第2の金属酸化物層
7:陽極

1: Substrate 2: Cathode 3: First metal oxide layer 4: Nitrogen-containing film layer 5: Organic compound layer 6: Second metal oxide layer 7: Anode

Claims (5)

陽極と、基板上に形成された陰極との間に複数の層が積層された構造を有する有機電界発光素子であって、
該有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に金属酸化物層を有し、
該金属酸化物層に隣接して陽極側に、窒素含有膜からなり、平均厚さが0.1nm以上、3nm未満の層を有する
ことを特徴とする有機電界発光素子。
An organic electroluminescent device having a structure in which a plurality of layers are laminated between an anode and a cathode formed on a substrate.
The organic electroluminescent device has a metal oxide layer between the anode and the cathode.
An organic electroluminescent device characterized by having a nitrogen-containing film having an average thickness of 0.1 nm or more and less than 3 nm on the anode side adjacent to the metal oxide layer.
前記窒素含有膜は、1級アミン構造を有する窒素含有化合物由来の膜であることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。 The organic electroluminescent device according to claim 1, wherein the nitrogen-containing film is a film derived from a nitrogen-containing compound having a primary amine structure. 前記窒素含有化合物は、ポリエチレンイミン又はジエチレントリアミンであることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機電界発光素子。 The organic electroluminescent device according to claim 1 or 2, wherein the nitrogen-containing compound is polyethyleneimine or diethylenetriamine. 前記窒素含有化合物は、分岐状構造のポリエチレンイミンであり、その重量平均分子量が100〜1000であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機電界発光素子。 The organic electroluminescent device according to claim 1 or 2, wherein the nitrogen-containing compound is polyethyleneimine having a branched structure and a weight average molecular weight thereof is 100 to 1000. 前記窒素含有膜は、窒素含有化合物を加熱により分解させることで形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の有機電界発光素子。 The organic electroluminescent device according to any one of claims 1 to 4, wherein the nitrogen-containing film is formed by decomposing a nitrogen-containing compound by heating.
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